Document ID: /fineweb-2-swissfilter-quality_10-filterrobots/filtered/07120.jsonl.gz/476

Observation d’un fil à plomb formant un angle aigu avec le plafond d’un laboratoire placé dans un champ de gravitation homogène dont on ne connaît pas la direction. Interprétations possibles avec cette observation.
par Bernard Vuilleumier
La même observation peut être interprétée de différentes manières selon qu’on considère qu’elle a lieu dans un référentiel inertiel ou non inertiel. Un fil à plomb accroché au plafond d’un laboratoire placé dans un champ de gravitation homogène dont on ne connaît pas la direction forme un angle aigu avec le plafond. Quelles sont les interprétations possibles avec cette observation ?
On observe dans un laboratoire « embarqué » (véhicule d’exploration lunaire par exemple) une masse m accrochée par un fil au plafond du laboratoire. On constate qu’elle est immobile et que le fil qui la supporte forme un angle α ≤ π/2 avec le plafond.
L’observation est faite à l’aide d’une caméra fixée à l’intérieur du laboratoire. On sait seulement que le véhicule se trouve dans un champ de gravitation uniforme g dont on connaît la grandeur mais pas la direction.
Questions
– 1. Comment appelle-t-on la direction donnée par le fil ?
– 2. Parmi les hypothèses suivantes, biffez celles qui sont incompatibles avec cette observation :
- a) le véhicule est immobile par rapport à un référentiel inertiel
- b) le véhicule est accéléré par rapport à un référentiel inertiel
- c) le véhicule est immobile dans un référentiel non inertiel animé d’un MRUA
- d) le véhicule est immobile dans un référentiel non inertiel animé d’un MCU dont la vitesse angulaire vaut ω et dont l’axe de rotation se trouve à une distance x de la masse.
– 3. Pour chaque hypothèse retenue :
- a) dessinez soigneusement le laboratoire (rectangle en 2D) et les axes Oxy du système de référence considéré en précisant à quoi vous l’attachez
- b) indiquez les forces qui agissent sur la masse en les nommant et en indiquant s’il s’agit de forces réelles ou fictives
- c) exprimez la grandeur de chacune de ces forces à partir des données (m, g, α, ω, x)
- d) donnez l’expression de la résultante.
Réponses
- Le fil donne dans chaque cas la « verticale locale ».
- Les quatre hypothèses sont compatibles avec l’observation.
- Pour les explications, voir les légendes des figures.
- Hypothèse a
- Hypothèse b
- Hypothèse c
- Hypothèse d