ALBARES Mélanie MARION Yoann TP de Physique : Chute dans un fluide Objectifs : -étudier les mouvements de chute d’un solide dans un fluide -déterminé graphiquement une vitesse limite et un temps caractéristique de chute -SFE : savoir exploiter une vidéo avec un logiciel de pointage et traiter les données avec un tableur I) Activités préliminaires : Saut en parachute ! On s’intéresse à une situation surprenante rencontrée au cinéma 1) Mélanie : Deux parachutistes s’élancent d’un avion, l’un continue à filmer son équipier alors que l’autre ouvre son parachute. Dans ce cas, le caméraman descendra plus rapidement puisqu’il sera soumis à la gravité et à son poids, tandis que l’autre aura un parachute pour freiner sa chute. Ce parachute assurera les frottements avec l’air. Le caméraman va avoir l’impression de voir le parachutiste monter. (Poussée d’Archimède dans l’air). Le parachutiste remonte, puisque la caméra est accrochée au parachutiste. La caméra est fixée. Le référentiel : lié à l’espace temps. Yoann : Les deux personnes s’écartent. On observe un mouvement de translation. Second problème : un corps 2 fois plus lourd qu’un autre tombe t il deux fois plus vite ? Non 2) Si les deux parachutistes sautent en se tenant la main, ils forment alors un objet 2 fois plus lourd, mais si pendant leur chute ils arrêtent de se tenir la main, ils resteront tout deux a même hauteur de chute (côte à côte), mais leur vitesse de chute sera divisée par 2. Chut indépendante de la masse. (On lie cause à effet : approche dynamique). 3) Les frottements de l’air sont les mêmes à 1000 et à 3000 mètres. Dans les mêmes conditions de saut. Donc la vitesse est égale. (A et B identiques) 4) La trajectoire est rectiligne. En ce qui concerne le reste. On verra la réponse à cette question au prochain chapitre de physique. Les 2 éléments pris en compte : poids et frottement de l’air II) Etude expérimentale de la chute d’un objet dans un fluide. Nous sommes chargés de l’étude dans l’eau. x t y 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5 dt/dt 0 0 0,00591 0,0887 0,0177 0,18895 0,0437 0,402 0,0981 0,6065 0,165 0,7195 0,242 0,775 0,32 0,805 0,403 0,81 0,482 0,85 0,573 0,875 0,657 0,85 0,743 0,86 0,829 0,855 0,914 0,855 1 0,65285714 Chute d'un objet dans l'eau 1,2 déplacement (m) 1 0,8 0,6 0,4 0,2 0 0 0,5 1 1,5 2 temps (s) 1) La courbe est une droite. (arrondie à l’origine). En fin de parcours le mouvement est rectiligne uniforme. Au départ nous pouvons remarquer une accélération, suivie d’une vitesse constante. Traçons la courbe de tendance : Courbe de tendance de la chute de l'objet dans l'eau déplacement (m) 1,2 y = 0,8405t - 0,2652 1 0,8 Série1 0,6 0,4 0,2 0 0 0,5 1 1,5 2 Linéai re (Série 1) temps (s) On remarque que le coefficient directeur de la droite est 0.8405 Calculons 63% de ce coefficient : 0.63* 0.8405 = 0.529515 =0.53 2) L’expression littérale qui permet de calculer la vitesse vi du point P à la date ti connaissant la position précédente yi-1 et la position yi+1 de ce point aux dates ti-1 et ti+1 : Vi= ((yi+1) – (yi-1)) / ((ti+1) – (ti-1)) Courbe représentant la vitesse de l’objet au cours de sa chute : Vitesse de chute de l'objet dans l'eau 1 vitesse vi 0,8 0,6 Série1 0,4 0,2 0 0 0,5 1 1,5 temps ti 3) La courbe est de forme exponentielle. Le mouvement de l’objet est donc rectiligne uniforme. 4) cf graphique Nous fesons la moyenne des 4 derniers points pour obtenir la vitesse limite , on obtient, Vlim= 0.855 m/s Voici le graphique correspondant : vitesse vi vitesse vi 1 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0 Série1 Série2 0 0,5 1 1,5 temps ti On fait de meme avec y=0.53 pour trouver τ vitesse vi vitesse vi 1 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0 Série1 Série2 0 0,5 1 temps ti On obtient τ=0.4 s 1,5