Phénomène de frottement

Matériels nécessaires

1 support de plan, 4 plans de matière différente (plastique, mousse, bois et métal) 3 chariot en ABS avec corchets, 1 lot de masse, 1 ficelle, 1 balance de cuisine.

1 - Première expérience

= 30 min

Préparation du matériel :

1. Placer le support de plan en position horizontale sur le bord de la table. Vérifier l’horizontalité avec le fil à plomb.
2. Positionner le plan en matière plastique dans le support de plan, ligne au feutre face visible.
3. Sortir la balance de cuisine.

Question 1.1 - A l'aide de la balance de cuisine, calculer le poids (P) d'un chariot.

Poser le chariot sur le plan en plastique, aligné sur le repère. Passer la ficelle, du support, dans la poulie et accrocher une masse de 10 grammes.



Question 1.2 - Quel constat peut-on effectuer ?

À l’aide des masses marquées, déterminer la masse nécessaire pour rompre l’équilibre. Vous pouvez réaliser plusieurs fois la manipulation pour être sûr de votre valeur.

Question 1.3 - Calculer la force F (en N) correspondant à la rupture de l'équilibre.

Question 1.4 - Compléter la première colonne du tableau 1 sur le DR1, en indiquant P, F et le rapport F/P.

Placer un deuxième chariot sur le premier en les empilant. Répeter l'expérience en :

• calculant le poids (P) des deux chariots.
• recherchant la force de rupture de l'équilibre.

Question 1.5 - Compléter la deuxième colonne du tableau 1 sur le DR1.

Répeter l'expérience avec un troisième chariot.

Question 1.6 - Compléter la troisième colonne du tableau 1 sur le DR1.

Question 1.7 - Le rapport F/P est le coefficient de frottement noté f. En observant le tableau compléter les phrases pour conclure quant au coefficient de frottement f.

2 - Modélisation des forces

= 50 min

Dans cette partie, vous allez modéliser l’action mécanique due au frottement. Vous vous plaçerez dans l'expérience avec les trois chariots superposés. Les figures du DR1 et DR2 représentent les trois chariots posés sur le plan en plastique vue de coté.

figure 1 - Les trois chariots sont justes posés sur le plan en plastique. Ils sont à l'équilibre sous l'action de deux forces : le poids et la réaction du support.

En choisisant une échelle, représenter les deux forces par deux vecteurs. Justifier votre tracé.

 

figure 2 - Dans ce cas une force  F de 0,5 N est placée au niveau du crochet. Les trois chariots sont à l'équilibre sous l'action de trois forces.

En gardant la même échelle, représenter le poids P et la force F.

Enoncé le PFS pour ce cas et en déduire la direction, le sens et la longueur de la réaction du support.

 

figure 3 - Dans ce cas une force  F de 1 N est placée au niveau du crochet. Les trois chariots sont à l'équilibre sous l'action de trois forces.

En gardant la même échelle, représenter le poids P et la force F. En déduire la direction, le sens et la longueur de la réaction du support.

 

Vous avez trouvé précédemment que pour rompre l’équilibre, il fallait appliquer sur le coté une force F d’environ 1,1 N.

figure 4 - Dans ce cas une force  F de 2 N est placée au niveau du crochet. Les trois chariots ne sont plus à l'équilibre.

En gardant la même échelle, représenter le poids P et la force F.

D'après vous, comment est la troisième force ? Représenter la réaction du support dans ce cas.

 

Question 2.1 - De quel angle maximum peut s’incliner cette force ? Donner sa valeur.

Question 2.2 - Quel est le lien entre l’angle et le coefficient de frottement ?

Question 2.3 - Compléter les phrases en guise de conclusion.

 

3 - Deuxième expérience

= 20 min

Dans cette partie, vous allez déterminer les paramètres qui influent sur le coefficient de frottement.

Question 3.1 - Compléter la première colonne du tableau 2 sur le DR2, en reportant les valeurs de la première expérience pour les 3 chariots.

Changer de plan et placer le plan en métal. Répeter l'expérience avec les 3 chariots.



Question 3.2 - Fonction des expériences précédentes, déterminer le coefficient de frottement pour l'acier en complétant la deuxième colonne du tableau 2 sur le DR1.

Changer de plan et placer le plan en mousse. Répeter l'expérience avec un chariot.

Question 3.3 - Déterminer le coefficient de frottement pour la mousse en complétant la troisième colonne du tableau 2 sur le DR1.

Changer de plan et placer le plan en bois. Répeter l'expérience avec un chariot.

Question 3.4 - Déterminer le coefficient de frottement pour le bois en complétant la dernière colonne du tableau 2 sur le DR1.

Question 3.5 - Compléter les phrases pour conclure sur les éléments qui font varier le coefficient de frottement.