Introduction au laboratoire sur la 2e loi de Newton

Introduction

Nos  activités sont nombreuses : marcher, courir, prendre son sac, monter les escaliers, glisser ou même manger sont tous des activités qu’on fait constamment et sans même y réfléchir. Or, tout cela serait absolument impossible sans le frottement. On peut alors affirmer que  le frottement est une notion fondamentale dans la compréhension de notre vie quotidienne.

C’est pourquoi dans le cadre de notre cours de mécanique nous avons effectué une expérience ayant pour but  de trouver expérimentalement  le module la force de frottement cinétique selon deux méthodes différentes : la dynamique et l’énergie et de comparer les résultats obtenus.

Pour ce faire, nous avons manipulé un chariot sur un rail relié à une masse suspendus à un fil. De plus, nous avons installé un dispositif de frottement au bout du chariot, à fin de pouvoir recueillir les données nous permettant de calculer le module de la force de frottement cinétique du chariot.

Selon nous, le module la force de frottement que nous obtiendrons selon la méthode de la dynamique et d l’énergie sera sensiblement identique.

Cadre théorique

Comme mentionné ci-haut,  la force de frottement exercée sur le chariot peut être calculée en utilisant la variation de l’énergie mécanique ou avec la deuxième loi de Newton.

La variation de l’énergie mécanique

Notons que le système que nous avons ménagé est  constitué du chariot, de la masse et de la Terre. Selon le principe de la  conservation de l'énergie  on peut dire que l’énergie mécanique du système est :

E=K+Ug

K : énergie cinétique ( K = mv2 /2 )(parler de l’énergie cinétique) Limites des fonctions logarithmiques et exponentielles, dérivés des fonctions logarithmiques et exponentielles, cercle trigonométrique

Ug : énergie potentielle du système (Ug=mgy)

Comme L’énergie potentielle gravitationnelle se définit comme étant de l’énergie emmagasinée par un gain en hauteur que fait un objet et que le rail sur laquelle roule  le chariot est horizontal, la variation de l’énergie potentielle du système est causée seulement par la variation de hauteur de la masse.

Il est à noter que l’énergie mécanique du système n’est pas  constante tout au long de notre expérience car la force de frottement qui agit sur le système fait une Wnc.  

Ainsi pour calculer l’énergie mécanique du system  il faut utiliser la formule suivante :

E = Ei +Wnc

E = Ei − fcE x. (voir CDN)

La  2e loi de Newton

Il est aussi possible d’obtenir la force de frottement à l’aide des lois de Newton appliquées au mouvement du chariot et de la masse suspendue

. Si on dénote par fcD le module de la force de frottement calculé par la dynamique, on obtient : fcD = m2g − (m1 + m2)a.

Où a représente le module de l’accélération du chariot.

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Le schéma du montage.

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