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Mesure du coefficient de frottement de glissement sur un plan incliné

PhysiqueForces et dynamique15–16 ansLaboratoire virtuel

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Laboratoire virtuel : un bloc glisse sans vitesse initiale sur une planche inclinée d'un angle α, et un chronomètre numérique relié à deux cellules photoélectriques mesure la durée t pour parcourir la distance L. Les élèves augmentent l'angle et lâchent le bloc plusieurs fois ; le tableau de mesures calcule automatiquement a = 2L/t² et μ = tanα − a/(g·cosα), puis la moyenne est comparée au μ du couple de matériaux choisi. L'écran Graphiques du mouvement fait rouler une bille pleine ou un chariot devant 8 cellules (ou des repères chronométrés à la main) : on trace les graphiques x–t et v–t, on tire l'accélération de la pente de v–t et on la compare à g·sinα (5/7 de cette valeur pour une bille pleine qui roule).

Leçon : Poids et frottements ; TP : mesure du coefficient de frottement de glissement

Ce qu’elle montre

Un bloc glissant sur un plan rugueux vérifie a = g(sinα − μcosα) : le chronométrer entre deux cellules (a = 2L/t²) donne le coefficient de frottement cinétique ; aux petits angles, le frottement statique le retient. L'écran Graphiques du mouvement lâche sans vitesse une bille pleine ou un chariot à faible frottement devant des repères tous les 0,20 m. La position en fonction du temps est une parabole, et la vitesse moyenne de chaque intervalle, placée à sa date médiane, forme une droite dont la pente est l'accélération. Le chariot donne a ≈ g·sinα ; la bille pleine seulement 5/7, car une partie de l'énergie passe dans la rotation.

Mode d’emploi

Dans Coefficient de frottement, choisissez les Matériaux, réglez l'angle avec la poignée ou Angle d'inclinaison initial et appuyez plusieurs fois sur Lâcher ; chaque essai ajoute a et μ au tableau. Dans Graphiques du mouvement, choisissez l'Objet, l'Angle α et la Mesure du temps, puis appuyez sur Lâcher. Lisez les dates dans le tableau, comparez les graphiques x–t et v–t et recommencez à d'autres angles pour comparer a à g·sinα.

Paramètres modifiables

  • Couple de matériaux Bois – bois (μ ≈ 0,30), Plastique – bois (μ ≈ 0,20), Caoutchouc – bois (μ ≈ 0,45), Acier – acier huilé (μ ≈ 0,12)
  • Angle d'inclinaison initial 5–60 °
  • Distance entre les deux cellules 0,5–1,5 m
  • Afficher le coefficient de frottement réel pour comparer
  • Écran Mesure du coefficient de frottement, Graphiques du mouvement sur un plan incliné
  • Objet sur le plan Bille pleine (roule), Chariot à faible frottement
  • Angle du plan (écran des graphiques) 2–20 °
  • Mesure du temps 8 cellules, Repères + chronomètre

Questions à explorer

  1. Pourquoi faut-il répéter la mesure plusieurs fois et utiliser la valeur moyenne de μ ?
  2. Quand l'angle α change, t et a changent ; le μ calculé change-t-il aussi ? Pourquoi ?
  3. À partir de quel angle environ le bloc commence-t-il à glisser, et quel lien cet angle a-t-il avec le coefficient de frottement ?

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