Plan incliné de Galilée

I-Présentation

Objectif 

Plaçons d’abord les clochettes à égales distances -donc entre les écrous rouge sur notre montage- puis lançons la bille en écoutant le son des cloches. Refaisons la même expérience mais cette fois ci en plaçant les clochettes sur les écrous verts dont les distances augmentent avec le temps de manière à ce que les intervalles de temps soient les mêmes .

Cette expérience valide la loi du mouvement d’une balle roulant le long d’un plan incliné. Qu’elle est cette loi ? La vitesse est proportionnelle au temps ou, de manière équivalente, la distance est proportionnelle au carré du temps.
La balle parcourt-elle des distances égales en des temps égaux ? Non
Pourriez-vous remplir le tableau suivant du coup ?

On note que pour  t=2  x=4 ; t=3  x=9 ; t=4  x=16

Le mouvement de la balle est uniformément accéléré, c’est à dire que la vitesse est proportionnelle au temps : c’est une fonction linéaire v(t) = k t , où k est une valeur constante. La position elle est proportionnelle au carré du temps: x(t) = ½ k t²

Montrer cette expérience aujourd’hui permet d’illustrer un chapitre de la physique qu’on apprend à l’école, mais montre aussi comment construire une expérience qui vérifie une loi théorique.

 Histoire

Galilée (XVIème) crée cette expérience pour valider la loi du mouvement d’une balle roulant le long d’un plan incliné.

Galilée est un des pionniers de la démarche scientifique contemporaine:

1-Il essaie de distinguer les facteurs influents (poids, résistance de l’air)
2-Il néglige la résistance de l’air et fait une hypothèse: vitesse proportionnelle au temps. Mais comment vérifier ?
3-Il en tire une conséquence mathématique: distance proportionnelle au carré du temps. Plus facilement vérifiable.
4-Il élabore une expérience susceptible de confirmer sa prédiction. Il utilise la ruse des plans inclinés pour ralentir le mouvement de descente.

En complément :

• La vidéo Pause ta science dédiée
• Une autre vidéo : Galilée : plan incliné

II-Construction

Plan de l’objet

Matériaux

• colle à bois
• 1 bille de 2,5cm
• 4 clochettes 4cm
• 4 vis a bois 40mm
• 1 Tige fileté 8mm de 2m
• 2 boulons 8mm
• 18 écrous 8mm
• 4 anneaux de porte clef
• 3 planche en pin 2x12x200cm
• Outils:1 visseuse , 1 perceuse avec mèche de 8mm , 1 scie sauteuse , 1 équerre

 Nous avons trouvé tout le matériel dans un de ces magasins de bricolage usuels, sauf les clochettes que nous nous sommes procuré sur internet.

Montage

• Couper les planches en pin pour la pente : 1 morceau de 150x12cm (A) , 2 morceaux 28x6cm pour y insérer la tige fileté (B) et (C)
• Couper les planches en pin pour le pied : -1 morceau de 11x12cm avec une encoche  de 2 cm en forme de U sur la face de 11 cm (D),1 morceau de 19x12cm avec une encoche de 2 cm en forme de U sur la face de 19 cm (E),1 morceau de 50x6cm (F),1 morceau de 150x12cm (G)
• Assembler le pied : Visser avec 2 vis D et E à G avec une distance de 50cm entre D et E puis coller F entre D et E avec la colle à bois
• Couper la tige fileté de 8mm à 156cm
• Percer avec une perceuse et une mèche de 8mm B et C à 3 cm sur l’axe des x et à 20 cm sur l’axe des y et les coller à chaque extremité de A
• Placer les 8 écrous sur la tige fileté à temps égaux: 2 à 8,4 cm , 2 à 33,70 cm , 2 à 75,90 cm , 2 à 135 cm puis les peindre en vert
• Placer les 8 écrous sur la tige fileté à distances égales: 2 à 10 cm , 2 à 53,3 cm , 2 à 96,6 cm , 2 à 140 cm puis les peindre en rouge
• Insérer les 4 anneaux de porte clef dans les trous des clochettes
• Insérer les clochettes sur la tige fileté
• Placer la tige fileté dans les trous de B et C , puis fixez la à l’aide des 2 boulons et des 2 écrous

Ces quelques indications ne vous suivent pas ? Aucun souci : contactez-nous ! Nous serons enchanté·e·s de vous aider à réaliser ces objets.

III-Animation

    L’animation reste à faire : un·e de nos lecteur·e·s a une idée ?

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