VERSION 1
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TERMINALE STI2D Vol de croisière de l’Airbus 380 : En vol de croisière, on considère que l’airbus vole horizontalement. On supposera également que la masse de l’avion reste constante pendant ce vol. Masse m =552.103 kg 1. Les actions mécaniques schématisées dans le document 3 sont elles en accord avec les informations fournies dans le document 2 ? Argumentez. 2. A partir de l’exploitation des documents 2 et 3, déterminez la valeur de l’accélération de l’Airbus. Que peut-on en déduire pour les actions mécaniques ? 3. Vous êtes aux commandes de l’airbus A380, vous constatez que la portance de l’avion est insuffisante, comment allez vous corriger le vol ? Vous rechercherez dans un premier temps les conditions du vol de croisière (altitude et vitesse) Connaissant les conditions de vol de croisière (vitesse et altitude), expliquez votre stratégie en argumentant à partir de l’expression de la portance (document 2) et de l’étude du document 4. Document 1 : Quelques chiffres sur A380 - Masse m =552.103 kg -Surface de portance ou de traînée : 845m2. - Vitesse maximale : environ 1 090 km/h. - Vitesse de croisière : environ 1 040 km/h. -Altitude de croisière : 10 700 m. Document 2 : Le mouvement de l’air autour des ailes de l’avion engendre une sustentation, c'est-à-dire que les ailes sont aspirées vers le haut : c’est le phénomène de la portance, qui compense le poids. On montre que la force de portance qui est une force de frottement fluide peut-être déterminée par la relation suivante : Portance = 1/2 × ρ × V² × Cz × S avec : - ρ : masse volumique de l'air en kg/m 3. - V : vitesse en m/s. - S : surface en m². - Cz : coefficient de portance (en kg.m.s-2)*. - Portance : force en N (Newton) La traînée, quant à elle, est la résistance que l’air oppose à l’avion. C’est ce que l’on peut constater quand on sort la main par la fenêtre d’une voiture : on sent une force qui pousse la main vers l’arrière. La poussée est la force développée par les moteurs, qui propulse l’avion vers l’avant. Elle permet d’annuler la traînée. Traînée = 1/2 × ρ × V² × Cx × S avec : - ρ : masse volumique de l'air en kg/m 3 - V : vitesse en m/s - S : surface en m² - Cx : coefficient de traînée (en kg.m.s-2).* - Trainée : force en N (Newton) * Pour l’airbus A380 Cz= 0,3829 kg.m.s-2 et Cx =0,02063 kg.m.s-2. Document 3: Schématisation des actions mécaniques Por P le poids. Por la portance. Pou la poussé. T la traine de l’avion. Document 4 : Pou T P Masse volumique de l’air en fonction de l’altitude FICHE PROFESSEUR : Notions et contenus : Actions mécaniques : forces. Transfert d’énergie par travail mécanique (force constante ; couple constant). Conservation et non conservation de l’énergie mécanique. Frottements de contact entre solides ; action d’un fluide sur un solide en mouvement relatif. Compétences évaluées : Compétences exigibles (disciplinaires) : Relier l’accélération à la valeur de la résultante des forces extérieures. Associer la force de résistance aérodynamique à une force de frottement fluide proportionnelle à la vitesse au carré et aux paramètres géométriques d’un objet en déplacement. Compétences transversales : - Rechercher, extraire et organiser l’information utile - Mobiliser ses connaissances - Exploiter un graphe - Communiquer (schéma-oral- unités adaptées- chiffres significatifs)) Evaluation par compétences (Proposition) : Les compétences évaluées dans cet exercice sont les compétences S’APPROPRIER -ANALYSER. Aides : proposées : Aide 1 : Définir l’accélération. Que vaut-elle ? Reprendre la question 2 Aide 2 : Identifier les paramètres sur lesquels vous pouvez intervenir. Aide 3: Expliquer la conséquence d’une augmentation de la vitesse. Aide 4 : Que faites vous en tant que pilote pour augmenter la masse volumique de l’air ? Argumenter à partir du document 4. Question Bonus : Peut-on augmenter indéfiniment la vitesse ? Niveau A : si l’élève arrive seul ou avec une aide très limitée du professeur (difficultés ou erreurs identifiées par l’élève), à résoudre l’exercice. Niveau B si le professeur intervient concernant des difficultés ou erreurs non identifiées par le candidat, sous forme d’une question ouverte, ou en apportant une aide, et si l’élève arrive à résoudre l’exercice. Niveau C si des aides sont apportées par le professeur, et si l’élève arrive à résoudre l’exercice Niveau D si le candidat a été incapable de réaliser la tâche demandée, malgré les éléments de réponse du professeur. Attribution de la note (sur 5 points) : Niveau Note attribuée A 5 B 3 ou 4 C 1 ou 2 D 0 GRILLE D’EVALUATION : VOL DE CROISIERE DE L’AIBRBUS A 380 Niveaux de maîtrise Compétences Critères de réussite permettant d’attribuer le niveau de maîtrise « A » A B C 1. Identifier et représenter les actions mécaniques sur l’avion pendant le vol de croisière. S’approprier Rechercher et extraire les informations permettant de faire l’inventaire des actions et de donner les caractéristiques Interprétation correcte des documents (exactitude) - 4 actions mécaniques P le poids, Por la portance, Pou la poussé, T la traine de l’avion. - Schématisation correcte 2. Sachant que ce vol se déroule à vitesse constante, que peut-on déduire ? Analyser Analyser la situation : Restituer et mobiliser les connaissances exigibles (exactitude) Exploiter et organiser ses connaissances et les informations (pertinence) - vitesse constante somme des forces se compensent donc P Por Pou T 0 - P= Por et Pou=T - EC=constante et Ep aussi conserve même altitude donc conservation énergie mécanique 3. A la vitesse et altitude de croisière le pilote constate que la portance de l’avion est insuffisante. S’approprier analyser Rechercher et extraire les informations utiles et pertinentes : Exploiter et organiser ses connaissances et les informations (pertinence) utiliser une démarche logique (cohérence) caractère complet de la réponse( intégralité) Il faut augmenter la portance Identifier les paramètres masse volumique de l’air altitude vitesse Lecture d’un graphique : la vitesse de croisière de l’A380 est d’environ 1040 km.h-1. La masse volumique de l’air, obtenue par lecture graphique, à l’altitude de croisière de 10 700 m est de 0,39 kg/m3. Dans de telles conditions le pilote peut augmenter légèrement la vitesse de l’avion mais vitesse maximum de 1090km.h-1, ou descendre l’avion afin de voler à une altitude où la masse volumique de l’air est plus élevée donc portance augmente Note proposée (en nombre entier) : /5 D
