La chute libre verticale Objectif de l'activité : La variation du vecteur vitesse d'un système en chute libre verticale est- elle en accord avec la contraposée du principe d'inertie ? A - GALILÉE ET LA VITESSE DE CHUTE DES CORPS Vers 1630, dans un ouvrage intitulé « Discours et démonstrations mathéma- tiques concernant deux sciences nouvelles », GALILÉE écrit au sujet de la chute des corps dans le vide : « ... en des temps égaux quelconques se produisent des additions égales de vitesse ». Pour une chute sans vitesse initiale, cela se traduit aujourd'hui par « la valeur de la vitesse de chute est proportionnelle à la durée de chute »>. Valeur de la vitesse de chute, v en m-s¹ v=gx At A À l'époque de GALILÉE, il était impossible de réaliser des chutes dans le vide pour vérifier cette relation qui montre en outre que la vitesse ne dépend pas de la masse du système. Plusieurs siècles ont été nécessaires pour en obtenir la preuve expérimentale. C'est lors d'une mission Apollo sur la Lune que des astronautes ont pu observer qu'une plume et un marteau tombaient à la même vitesse. B - TABLEAU DES VALEURS Position Mo At(s) 0 M₁ 0,04 Durée de chute, At en s M₂ 0,08 M3 0,12 COMPLÉMENT SCIENTIFIQUE Lors d'une chute libre sans vitesse initiale, la distance parcourue est liée à la durée par la relation : 1 sur 1 Distance de chute, d en mi gx(At)² 2 ▲d= • Contraposée du principe d'inertie : lorsque le vecteur vitesse d'un système varie, alors les forces qui s'exercent sur lui ne se compensent pas. M4 0,16 Données Intensité de la pesanteur à la surface de la Terre : g=9,8 N-kg-¹ = 9,8 m-s-² Durée de chute, At en s Vocabulaire Un système est en chute libre lorsqu'il n'est soumis qu'à son poids. M5 0,20 M6 0,24 Mz 0,28 d(m) v(m.s-¹) Analyse des documents 1 - Recopier le tableau B et le compléter par les valeurs calculées de d et de v (doc. A et COMPLÉMENT SCIENTIFIQUE). 2- Sur une feuille de papier, construire en taille réelle les positions Mo, M₁, ..., M, du système lors de sa chute libre (tableau B). Repérer sur la feuille le « haut » et le « bas » de la chute. 3a - Construire les vecteurs vitesses 4 et 5 du système, aux positions M4 et M5. Échelle utilisée : 1cm 0,3 m. s-¹. 3b - Comment évolue le vecteur vitesse du système entre ces deux positions voisines ? 4 - Quelle est la force qui s'exerce sur un système en chute libre? La représenter, sans souci d'échelle, à côté des positions M4 et M5. 5 - La variation du vecteur vitesse d'un système est-elle en accord avec la contraposée du principe d'inertie ?
