Activité n°3 : Le mouvement d’un corps au voisinage de la Terre
La définition physique de la chute libre : « Un corps est en chute libre lorsqu’il n’est soumis qu’à son poids »
1. Chute de corps
Dans un tube clos (tube de Newton), on laisse tomber 3 petits objets
(billes métallique et en polystyrène, plume bleue) dans deux cas (voir
ci-contre) :
-
le tube contient de l’air (photographie c) ;
le tube a été vidé de son air (photographie b).
La photographie (a) donne la position des objets au début de leur
chute.
Questions
Q1. Les mouvements de chute des trois objets sont-ils identiques dans l’air ? Justifiez votre réponse.
Q2. Les mouvements de chute des trois objets sont-ils identiques dans le vide ? Justifiez votre réponse.
Q3. Quelle force s’applique sur les objets dans le vide ? Modélisez cette force par un vecteur ( Fdonneur/receveur ).
Q4. Quelles forces s’appliquent sur les objets dans l’air ? Modélisez ces forces sur un schéma. Sur quel objet
chutant la force supplémentaire par rapport à la question Q3 est-elle la plus grande ?
Q5. L’action de l’air est-elle une action à distance ou de contact ? De quel(s) paramètre(s) semble-t-elle dépendre ?
2. Le saut en parachute
« Découvrez le parachutisme sportif accompagné par des professionnels. Un
moniteur d'état vous emmène à 4200 m pour un saut en parachute biplace : une
minute de chute libre à 200 km/h, puis, vers 1500 m, votre moniteur ouvrira le
parachute pour une douce descente vers le sol. »
Extrait du site : http://www.parachute.fr/
Questions
Mouvement du parachutiste en « chute libre » :
Q6. Le parachutiste est-il réellement en chute libre ? Justifiez votre réponse en faisant le bilan des forces qui
s’appliquent sur lui.
Q7. Voici le relevé de l’altitude et de la durée de saut :
Durée du saut (en s)
Altitude (en m)
Vitesse (en m.s1)
0
4000
5
3889
10
3644
15
3341
20
3014
25
2675
30
2331
35
1986
40
1639
0
Q7a. Quelle relation doit-on utiliser pour calculer la vitesse ?
Q7b. Complétez la dernière ligne du tableau ci-dessus.
Q7c. Calculez la vitesse moyenne en km.h1. Le résultat est-il cohérent avec la vitesse indiquée sur le site ?
Q7d. En considérant que le parachutiste chute en ligne droite, comment peut-on qualifier ses mouvements
avant 25 s et après 25 s de chute (aidez-vous du tableau) ?
Q7e. Comment agit la force FTerre/parachutiste sur la vitesse de chute du parachutiste ? Cette force est-elle
constante durant la chute ? Justifiez votre réponse.
Q7f. Comment agit la force qu’exerce l’air Fair/parachutiste sur la vitesse de chute du parachutiste ? Cette force
est-elle constante durant la chute ? Justifiez votre réponse.
Q7g. Quelle caractéristique du mouvement les forces, qui s’appliquent sur le parachutiste, modifient-elles ?
Q7h. Rappelez le principe de l’inertie. En déduire pourquoi la vitesse devient constante après 25 s de chute ?
Mouvement du Parachutiste parachute ouvert :
Q8. À quelles forces est soumis le parachutiste ? Sont-elles de même nature qu’en « chute libre » ?
Q9. Quelle force a été modifiée par l’ouverture du parachute et comment ?
Q10. Comment est modifié le mouvement du parachutiste après ouverture du parachute ?
CORRECTION
1. Chute de corps
Q1. Les mouvements de chute des trois objets ne sont pas identiques dans l’air. Ils se sont déplacés les uns par
rapport aux autres lors de la chute, la bille en métal est tombée plus vite que la plume.
Q2. Les mouvements de chute des trois objets sont identiques dans le vide car les objets sont positionnés de la
même façon les uns par rapport aux autres au début et à la fin de la chute. Ils sont donc tombés de la même façon.
Q3. Seul le poids de l’objet s’applique sur les objets dans le vide : P  FTerre/objet .
Q4. Le poids et les frottements de l’air s’appliquent sur chaque objet dans l’air : FTerre/objet et Fair/objet . C’est la plume
qui chute la moins vite, c’est donc sur elle que les frottements de l’air sont les plus importants.
Q5. L’action de l’air est une action de contact. Elle dépend de la surface de contact de l’objet.
2. Le saut en parachute
Mouvement du parachutiste en « chute libre » :
Q6. Le parachutiste n’est pas en chute libre dans le sens physique du terme car, en plus de son poids, il est soumis
aux frottements de l’air. (photographie (b)).
Q7a. L’expression de la vitesse à utiliser est :
v  vitesse du parachutiste (en m.s -1 )
d  distance parcourue par le parachutiste (en m)
v= d
Δt
t  durée du parcours (en s)
Q7b. Tableau à compléter :
Durée du saut (en s)
Altitude (en m)
Vitesse (en m.s1)
0
4000
5
3889
10
3644
15
3341
20
3014
25
2675
30
2331
35
1986
40
1639
0
22
49
61
65
68
69
69
69
Q7c. La vitesse moyenne est :
vmoy 
1639  4000
 59 m.s 1  212 km.h1
0  40
 Les valeurs numériques données dans le tableau sont des valeurs approchées. Donc la valeur de la vitesse donnée
sur le site est cohérente : il s’agit d’une valeur approchée, proche da la valeur calculée.
Q7d. Avant 25 s : le mouvement est rectiligne accéléré (la vitesse instantanée augmente).
Après 25 s : le mouvement est rectiligne uniforme (la vitesse instantanée est constante).
Q7e. FTerre/parachutiste est une force verticale, dirigée vers le bas, qui augmente la vitesse de chute. Elle est constante
car le produit P = mg est constant (si on néglige la variation de g avec l’altitude).
Q7f. Fair/parachutiste est une force verticale, dirigée vers le haut, qui diminue la vitesse de chute. Elle n’est pas constante
car c’est elle qui ralentit de plus en plus le parachutiste.
Q7g. Les forces qui s’appliquent sur le parachutiste modifient sa vitesse. (On retrouve le principe de l’inertie).
Q7h. Principe de l’inertie :
« Tout corps persévère dans son état de repos ou de mouvement rectiligne uniforme s’il n’est soumis à aucune action
mécanique ou si les actions mécaniques qui s’exercent sur lui se compensent. »
 D’après le principe de l’inertie, si la vitesse reste constante (mouvement rectiligne uniforme) c’est que les deux
forces qui agissent sur le parachutiste se compensent.
Mouvement du Parachutiste parachute ouvert :
Q8. Le parachutiste est soumis aux mêmes forces : FTerre/parachutiste et Fair/parachutiste , de même nature que
précédemment. C’est la force due aux frottements de l’air qui augmente beaucoup (photographie (c)).
Q9. C’est la force due aux frottements de l’air Fair/parachutiste qui est modifiée : elle augmente beaucoup.
Q10. Une fois le système {parachutiste + parachute} stabilisé, le mouvement est à nouveau rectiligne uniforme mais
avec une vitesse de progression plus faible. C’est le principe de l’inertie qui s’applique encore ici.