Travail Inertie

Intro

En 1687, le fameux Sir Isaac Newton publie son manuscrit Principia Mathematica. Il marque un tournant pour la physique. Dans cet ouvrage, il établi les trois lois universelles du mouvement, la base de la théorie que l’on appelle maintenant mécanique classique. La deuxième loi en mouvement rectiligne pouvait être abrégé à F = m * a, en mouvement circulaire, on peut l’abréger à , soit la somme des moments de force est égale au moment d’inertie multiplié par l’accélération angulaire.

Le but de ce laboratoire est de vérifier cette seconde loi de Newton en rotation. Pour ce faire, nous allons comparer la pente du graphique du moment de force en fonction de l’accélération angulaire, avec le moment d’inertie calculé pour un disque troué plus un cylindre (qui nous donne notre roue d’inertie). Comme la pente de τ(α) devrait être égale à I selon la formule de la 2¬¬¬e loi de Newton, la pente devrait être égale au moment d’inertie calculé.

En effet, il est possible de calculer le moment d’inertie de certains corps rigides homogènes à l’aide de formules variant selon la forme de l’objet. Dans notre cas, le moment d’inertie d’un disque, très long pour avoir notre cylindre, additionné au moment d’inertie du disque troué nous donnera le moment d’inertie total de notre roue d’inertie. Le générateur d’étincelles produira des points sur le papier au fur et à mesure que la masse accélère vers le bas. Avec le rapport entre l’accélération tangentielle et l’accélération angulaire suivant : at=r*α, il sera possible de convertir cette accélération vers le bas en accélération angulaire pour le disque. Comme la force qui inflige une rotation à notre roue est le poids des masses que nous allons utiliser, ce sera avec la valeur des poids respectif de chacune de masse que nous allons calculer le moment de force de la roue. Avec l’équation suivante, décrivant le moment de force en fonction de la force appliquée F, soit : τ=rF sin⁡θ, où F est la force appliquée à θ degrés par rapport au plan formé par r et l’axe de rotation, r étant le rayon. Le rayon est en fait le vecteur position reliant l’axe de rotation au point d’application de la force. Donc, quand nous allons avoir le moment de force et l’accélération angulaire, il nous sera possible de faire le graphique τ(α), dans lequel, la pente sera égale au moment d’inertie. En comparant le moment d’inertie calculé selon la géométrie de la roue d’inertie et le moment d’inertie selon nos données expérimentales de déplacement tangentiel que nous avons sur nos languettes de papiers, nous pourrons valider la 2e loi de Newton en rotation.

Cadre théorique et méthodologique

Sir Isaac Newton a énoncé dans le Principia Mathematica ses lois universelles du mouvement rectiligne et circulaire. La deuxième loi de Newton en rotation stipule que : Στ=I*α soit que la somme des moments de force est égale au moment d’inertie multiplier par l’accélération angulaire. Nous avons vu précédemment qu’une force engendre une accélération rectiligne, alors qu’un moment de force engendre une accélération angulaire. Le moment d’inertie est une grandeur scalaire dépendant d’où est placé l’axe, donc il est variable selon la façon dont la masse est distribuée

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