TP virtuel sur le mouvement d'un projectile : mesurer g
Mis à jour le 2026-10-08
Ce TP virtuel sur le mouvement d'un projectile est un TP de pointage vidéo, comme l'activité de chronophotographie du programme de lycée ou une mesure de g en chute libre. La simulation enregistre une balle lancée sous forme de chronophotographie, une image toutes les Δt, avec une échelle. Les élèves pointent chaque image pour construire x et y en fonction de t, trouvent vₓ avec le graphique x(t) et g avec les graphiques y(t) et vy(t), testent la deuxième loi de Newton avec les flèches Δv, puis mesurent g sur une planète mystère. Toutes les valeurs ci-dessous ont été lues dans la simulation.
Liens avec les programmes
- Physique-chimie au lycée (France) : Seconde, Mouvement et interactions (chronophotographie, vecteurs vitesse, Δv et forces) ; Première spécialité (énergie mécanique) ; Terminale spécialité (mouvement dans un champ uniforme, deuxième loi de Newton).
- AQA A-level Physics, travail pratique obligatoire 3 : détermination de g par une méthode de chute libre (voir Prolongement).
- AP Physics 1, Unit 1 Kinematics : mouvement d'un projectile.
- NGSS HS-PS2-1 (norme américaine) : analyser des données pour étayer la deuxième loi de Newton.
Simulic n'est pas affilié au ministère de l'Éducation nationale, à AQA ni au College Board, et n'est pas approuvé par eux.
Avant le TP (5 min)
Demandez aux élèves de s'engager sur une prédiction, sur papier ou comme question 1 du lien de classe :
« Une balle est lancée à 45° et photographiée toutes les 0,10 s. Comment les images sont-elles espacées ? »
Beaucoup d'élèves s'attendent à des écarts égaux le long de la courbe.
Protocole dans la simulation
- Cliquez sur l'onglet Chronophotographie. Gardez Hauteur de lancement à 0,0 m, Angle de tir à 45°, Vitesse initiale à 15 m/s, Mouvement : Tir, Astre : Terre (9,81), Intervalle Δt entre images à 0,10 s et Jeu de données n° à 1.
- Appuyez sur Lancer et attendez que les 22 images soient à l'écran.
- Touchez le centre de chaque image : le point touché est votre mesure. Un ordinateur portable ou une tablette à l'horizontale est plus précis qu'un téléphone. Peu de temps ? Pointage auto pointe toutes les images avec une petite erreur de lecture.
- Recopiez t, x, y et vy des images 0, 5, 10, 15 et 20 dans le tableau, ou appuyez sur Données CSV pour obtenir le tableau complet.
- Réglez Graphique sur x en fonction de t, puis y en fonction de t, puis vy en fonction de t. Notez vₓ et les deux valeurs de g du tableau des résultats.
- Cochez Δv. Notez la direction des flèches violettes et la ligne a = Δv/(2Δt).
- Réglez Astre sur Planète mystère (gardez le jeu de données 1), appuyez sur Lancer, pointez de nouveau les images et trouvez g avec le coefficient directeur de vy(t). N'appuyez sur Afficher g qu'à la fin.
| Image | t (s) | x (m) | y (m) | vy (m/s) |
|---|---|---|---|---|
| 0 | 0,00 | |||
| 5 | 0,50 | |||
| 10 | 1,00 | |||
| 15 | 1,50 | |||
| 20 | 2,00 |
Résultats attendus
Avec Pointage auto sur le jeu de données 1 :
| Image | 0 | 5 | 10 | 15 | 20 |
|---|---|---|---|---|---|
| x (m) | −0,01 | 5,29 | 10,65 | 15,93 | 21,22 |
| y (m) | −0,02 | 4,06 | 5,67 | 4,88 | 1,66 |
| vy (m/s) | — | 5,80 | 0,67 | −4,22 | −9,36 |
- Horizontalement, les images sont espacées d'environ 1,06 m : vₓ = 10,60 m/s (référence 10,61).
- Verticalement, les écarts diminuent d'environ g·Δt² = 0,098 m par image à la montée (1,04 ; 0,91 ; 0,78 m…) et augmentent à la descente.
- g : 9,77 m/s² par la parabole y(t) et 9,78 m/s² par le coefficient directeur de vy(t) (−0,4 %).
- Δv est vertical vers le bas sur chaque image : a = (0,02 ; −9,82) m/s², et m·|a| = 4,91 N est égal au poids mg.
- À la main : avec des pointages dispersés d'environ 3 pixels, g était à environ 2 % près sur un ordinateur portable et à 6 % près sur un téléphone.
- Planète mystère, jeu de données 1 : g = 14,97 m/s² (y(t)) et 15,01 m/s² (vy(t)). Afficher g donne 15,00.
Questions pour les élèves
- (Prédiction, reposée après le TP) Comment les images sont-elles espacées ?
- Pour trouver g avec y en fonction de t, quelle est la variable indépendante et quelle est la variable dépendante ?
- Quelle est la vitesse horizontale vₓ d'après le graphique x(t) ?
- Quelle est la valeur de g sur la planète mystère (jeu de données 1), d'après le coefficient directeur de vy(t) ?
- Que vous apprennent les flèches Δv sur les forces qui s'exercent sur la balle ?
Réponses pour l'enseignant : (1) Écarts horizontaux égaux ; les écarts verticaux diminuent à la montée et augmentent à la descente. (2) Variable indépendante : le temps t ; variable dépendante : la hauteur y. (3) Accepter 10,3–10,9 m/s (10,60 avec Pointage auto). (4) Accepter 14,0–16,0 m/s² (15,01 avec Pointage auto ; valeur vraie 15,00). (5) Tous les Δv sont verticaux vers le bas et de même longueur : une accélération constante g, vers le bas. La seule force est le poids, donc vₓ reste constante.
Idées fausses fréquentes
- « La balle ralentit horizontalement. » Les images restent espacées d'environ 1,06 m horizontalement.
- « Au sommet, l'accélération est nulle. » À l'image 11, vy ne vaut que 0,25 m/s, mais Δv est toujours dirigé vers le bas, avec la même longueur.
Prolongement
- Mesure de g en chute libre : réglez Mouvement : Chute sans vitesse initiale (la hauteur de lancement passe à 10 m). Le pointage auto donne 15 images et g = 9,80 m/s² (y(t)) et 9,81 m/s² (vy(t)).
Questions fréquentes
Le lien de classe peut-il s'ouvrir sur l'écran Chronophotographie ?
Oui. Dans les valeurs de départ du lien, réglez Écran sur Chronophotographie. Gardez Astre (écran Chronophotographie) sur Terre, Intervalle Δt entre images à 0,1 et Numéro du jeu de données (pointage auto, planète mystère) à 1, pour que les réponses correspondent.
Et si les groupes utilisent des numéros de jeu de données différents ?
Chaque numéro de jeu de données donne une planète mystère différente, avec g entre 3 et 25 m/s² (jeu 2 : 21,8 ; jeu 3 : 8,8). Les questions 1, 2, 3 et 5 restent valables, mais la plage de la question 4 ne convient qu'au jeu de données 1.
Les élèves doivent-ils pointer les images ou utiliser Pointage auto ?
Le pointage à la main est la vraie compétence ; les plages acceptent un pointage soigneux sur un téléphone. Pointage auto convient à une séance courte : il tombe à environ 1 % des valeurs de référence.
Simulations et guides associés
Mesurer g avec un pendule simple
Chute libre et chute avec résistance de l'air
Pour la portée, l'angle et la résistance de l'air, voir le plan de leçon sur le mouvement d'un projectile. Pour une autre façon de mesurer g, voir le plan de séance sur le pendule simple.