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Etude de l’entrée d’un corps dans l’eau
1 Présentation
Nous allons tenter d’analyser le processus de pénétration d’un corps dans l’eau. Le corps de
masse volumique est lâché d’une hauteur H de 1 mètre et tombe dans l’eau.
Hypothèses et données :
- On néglige l’effet de la raideur équivalente de
la surface de l’eau. Lors de la rencontre de
l’objet avec la surface de l’eau, si elle
s’effectue avec une certaine force (qui dépend
par exemple de la hauteur de chute), l’eau se
comporte comme un milieu doté d’une
certaine raideur, laquelle tend à freiner la
progression de l’objet en un temps
extrêmement court. C’est ainsi, par exemple,
qu’un skieur nautique peut se blesser ou se
tuer si, par un mauvais mouvement, il tombe
sur la surface de l’eau : avec une vitesse de
chute suffisante tout se passe comme s’il
tombait sur une dalle de béton d’une hauteur
de plusieurs mètres ! Citons aussi, dans cet
ordre d’idée, le cas du plongeur qui fait un «
plat » à la surface de l’eau depuis plusieurs
mètres.
Cela revient donc à limiter le problème au cas
où la vitesse initiale de pénétration dans l’eau
est faible (le corps tombe d’une hauteur assez
petite) ;
- le corps est supposé d’une densité uniforme ;
- sa forme suit une symétrie de révolution
(cylindre)
- le milieu aquatique est supposé d’extension
infinie, autrement dit les effets de bord sont
inexistants. Une boule qui tombe dans une
cuve de dimensions de même ordre que son
diamètre n’a pas le même comportement que
dans un étang.
- On néglige le frottement de l’air pendant la chute du corps dans l’air
- On considère que le cylindre reste droit pendant toute la durée du mouvement.
Masse volumique de l’eau : eau = 1000 kg.m-3
Masse volumique du corps : corps = 800 kg.m-3
Diamètre du cylindre : D = 0.2 m
Longueur du cylindre : L = 1 m
Masse du cylindre : m = 25.12 kg
g = 9.81 m.s-2
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M
P=mg
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eau g S x
T= 0.5
eau S Cx v
AIR
EAU
Cylindre plein
de diamètre D
de longueur L
O
x