(2) Ressort et loi de Hooke

Objectifs :

• relier la déformation d’un objet à la valeur de la force exercée

• connaître la notion d’élasticité et ses limites

• exploiter des résultats de mesure pour retrouver une loi physique.

I. Dispositif expérimental

Matériel : 1 ressort hélicoïdal de masse négligeable 1 règle graduée masses marquées : 50 g, 100 g, 200 g, 500 g 1 support vertical, 2 noix 1 tige métallique 1 pince. 1. Réaliser le montage de la figure ci-dessus. 2. Mesurer la longueur du ressort à vide ; cette longueur sera notée l0 : l0 = ………… . 3. Placer la règle de manière à mesurer facilement l’allongement du ressort l − l0 , lorsqu’une masse sera suspendue à son extrémité (l est la longueur du ressort lorsqu’il est déformé par la masse).

II. Mesures

1. Nommer et représenter sur la figure les forces qui s’exercent sur la masse marquée. Ecrire la relation ente ces forces.

2. En déduire l’expression littérale de l’intensité de la force T exercée par le ressort lorsque la masse est en équilibre.

3. Mesurer l’allongement du ressort pour différentes masses (entre 50 g et 500 g environ). Noter les mesures dans le tableau suivant. On prendra g = 9,8 N/kg.

III. Exploitation

1. Sur une feuille de papier millimétré, représenter graphiquement T en fonction de l − l₀.

2. Que remarque-t-on ? Quel type de relation y a-t-il entre l’allongement du ressort et la force de rappel du ressort ?

3. Tracer la droite passant au plus près des points de mesure et calculer son coefficient directeur. Quelle est son unité ?

4. La loi de Hooke s’écrit : T = k | l − l₀ |. Le coefficient k est appelé constante de raideur du ressort.

a. Donner la valeur de k.

b. Pourquoi doit-on écrire l – l₀ entre valeur absolue ? (Penser à la compression du ressort).

c. Définir la limite d’élasticité d’un objet (un ressort, un fil élastique, etc.). La loi de Hooke est-elle valable au-delà de cette limite ?