Bac S 2013 Pondichéry http://labolycee.org …

1 Bac S 2013 Pondich ry Nouveau programme Exercice III - Pendule simple (5 points). Un pendule simple est constitu d'un solide de masse m de petite taille suspendu un fil de masse n gligeable et de longueur tr s sup rieure la taille du solide. Fil de longueur . Position d' quilibre Solide de masse m cart de sa position d' quilibre un pendule simple oscille p riodiquement apr s avoir t l ch . La . p riode des oscillations s'exprime par la relation : T = 2 .. g Donn es : Intensit de la pesanteur sur Terre : g = 9,81 Une coud e vaut 0,57 m. 1. Les pendules de Galil e Document 1. Discours concernant deux sciences nouvelles Galil e (1638). J'ai pris deux boules, l'une en plomb et l'autre en li ge, celle-l au moins cent fois plus lourde que celle-ci, puis j'ai attach chacune d'elles deux fils tr s fins, longs tous deux de quatre coud es ; les cartant alors de la position perpendiculaire, je les l chais en m me temps [.]

2 ] ; une bonne centaine d'aII es et venues, accomplies par les boules elles-m mes, m'ont clairement montr qu'entre la p riode du corps pesant et celle du corps l ger, la co ncidence est telle que sur mille vibrations comme sur cent, le premier n'acquiert sur le second aucune avance, f t-ce la plus minime, mais que tous les deux ont un rythme de mouvement rigoureusement identique. On observe galement l'action du milieu qui, en g nant le mouvement, ralentit bien davantage les vibrations du li ge que celles du plomb, sans toutefois modifier leur fr quence ; m me si les arcs d crits par le li ge n'ont plus que cinq ou six degr s, contre cinquante ou soixante pour le plomb, ils sont travers es en des temps gaux. Citer deux expressions employ es dans le texte pour d signer une oscillation. Comment Galil e d signe-t-il la position d' quilibre du pendule ?

3 R pondre aux trois questions suivantes en justifiant partir du document 1. La masse m de la boule suspendue a-t-elle une influence sur la p riode du pendule ? Le pendule en plomb est-il plus, moins ou autant sensible aux frottements que le pendule en li ge ? La p riode des oscillations d pend-elle des frottements ? Pourquoi peut-on admettre que les pendules d crits dans le texte sont assimilables des pendules simples ? Calculer la valeur de la p riode des pendules de Galil e. 2. Un pendule dans un champ magn tique Pour v rifier l'influence de l'intensit de la pesanteur sur la p riode d'un pendule simple, il est difficile d'envisager de se d placer sur une autre plan te. En revanche, il est relativement simple de placer un pendule, constitu d'un fil et d'une bille en acier, . l'int rieur d'un dispositif cr ant un champ magn tique uniforme dans une zone suffisamment large pour englober la totalit de la trajectoire de la bille du pendule pendant ses oscillations.

4 Ce dispositif peut tre constitue par des bobines de Helmholtz. Lorsque l'axe des bobines est vertical, le passage du courant lectrique cr e un champ magn tique uniforme vertical dans la zone cylindrique situ e entre les deux bobines. Une bille en acier situ e dans cette zone est soumise une force magn tique verticale. Expliquer pourquoi ce dispositif exp rimental permet de simuler une variation de l'intensit de la pesanteur. Comment doit tre orient e la force magn tique exerc e sur la bille pour simuler un accroissement de la pesanteur ? Justifier. Comment peut-on simuler un affaiblissement de l'intensit de la pesanteur ? Si le dispositif a t correctement install pour simuler un accroissement de la pesanteur, comment cela se traduit-il sur l' volution de la p riode du pendule ? Justifier.

5 Le syst me utilis ne permet pas de simuler une forte variation de la pesanteur mais il permet cependant de constater une variation de la p riode, condition de choisir un protocole optimisant la pr cision de la mesure. Proposer une m thode exp rimentale pour obtenir une mesure la plus pr cise possible de la p riode. Dans le cas d'un pendule de longueur 0,50 m, on mesure une p riode de 1,5 s lorsque les bobines sont parcourues par un courant lectrique. Le dispositif un accroissement ou une diminution de la pesanteur ? Expliquer. D terminer la valeur de l'intensit de la pesanteur apparente.