Le mouvement d'une bille sur un plan incliné
Problème : La vitesse d'une bille qui descend une pente est-elle constante ?
Durée : 55 min · Travail en binôme
🧰 Matériel (par binôme)
- 1 gouttière (ou rail) de 1 m graduée tous les 20 cm (ruban adhésif)
- 1 bille en acier (Ø ≈ 2 cm)
- 1 cale de 5 cm (livres)
- 1 chronomètre ou smartphone (mode chronomètre ; option : vidéo au ralenti)
- 1 mètre ruban
- 1 boîte pour récupérer la bille en bas
⚠️ Sécurité
- La bille doit être récupérée dans la boîte : une bille au sol fait glisser.
- Ne pas lancer la bille ; la lâcher sans vitesse au point 0 cm.
- Ranger la gouttière à plat sur la paillasse.
🧪 Protocole
- Pose une extrémité de la gouttière sur la cale, l'autre sur la paillasse (voir schéma).
- Lâche la bille sans la pousser au repère 0 cm et mesure la durée $t$ pour atteindre le repère 20 cm.
- Recommence 3 fois et calcule la moyenne.
- Recommence pour 40 cm, 60 cm et 80 cm (toujours départ à 0 cm).
- Option smartphone : filme la descente au ralenti et relève les instants de passage aux repères en avançant image par image.
Schéma du montage
📝 Résultats et exploitation
| Distance d (m) | t₁ (s) | t₂ (s) | t₃ (s) | t moyen (s) | v moyenne = d / t (m/s) |
|---|---|---|---|---|---|
| 0,20 | |||||
| 0,40 | |||||
| 0,60 | |||||
| 0,80 |
1. Pourquoi refait-on chaque mesure trois fois ?
2. Calcule la vitesse moyenne de la bille sur chaque distance. Comment évolue-t-elle ?
3. Calcule la durée de chaque tronçon de 20 cm (différences entre deux temps moyens). Les durées sont-elles égales ?
4. Conclus : quelle est la nature du mouvement de la bille ? Dans quel référentiel ?
5. Propose une modification de l'expérience pour que la bille aille plus vite.