Physique TS MECANIQUE
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CHUTE VERTICALE D’UN SOLIDE
Problématique : Comment comprendre et prévoir le mouvement de chute d’un solide, dans le vide ou dans
un fluide avec ou sans frottement.
I Les forces extérieures exercées sur un solide en chute verticale
La force de pesanteur : Cette force est due à l’action du champ de pesanteur noté
sur tous les corps à
proximité de la terre. L’intensité de la pesanteur diminue avec l’altitude. Dans un espace réduit à quelques
kilomètres de côté, on considère le champ de pesanteur
uniforme.
Le champ de pesanteur
uniforme direction, sens et intensité g =
sont constants.
La force de pesanteur
est appliquée au centre de gravité G du solide, de même direction que
(
verticale ), de même sens que
( vers le bas ) et d’intensité P = m.g : P : poids (N) ; m : masse ( kg ) et g :
intensité de la pesanteur ( N.kg-1 ou m.s-2).
Poussée d’Archimède : La poussée d'Archimède est une force de contact répartie sur la surface de contact
solide-fluide. On la représente par un vecteur qui possède une origine : le centre d'inertie C du volume de
fluide déplacé, une direction : la verticale passant par C, un sens : vers le haut et une valeur :
= P (fluide déplacé) = m(fluide déplacé) . g =( o .V(fluide) ).g
La poussée d'Archimède PA s'exprime en Newton.(N),
o : masse volumique du liquide déplacé ( kg.m-3 ou
kg.L-1) ; V(fluide) : volume de fluide déplacé ( m3 ou L ) ;g : intensité de la pesanteur ( N.kg-1 ).
Force de frottement fluide : Si le fluide est fixe ou sans mouvement latéral par rapport à l’objet en
déplacement, les frottements du solide sur le fluide sont assimilées à une force de frottement
appliquée au centre de gravité du solide, de même direction que la vitesse
, de sens opposé
à la vitesse et d’intensité f = kvn f : force ( N ) ; v : vitesse ( m.s-1) ;k et n des constantes à
déterminer expérimentalement qui dépendent de l’objet et du fluide.
Illustration :
- le poids
:
Direction : verticale
Sens : vers le centre de la Terre
Valeur : P = m.g
Application : centre d’inertie.
- la poussée d'Archimède
Direction : verticale
Sens : de bas en haut
Valeur : égale au poids du volume de fluide
déplacé
Application : centre d’inertie du fluide déplacé.
- les forces de frottement
Direction : celle du vecteur vitesse (la verticale)
Sens : opposé à celui de la vitesse (de bas en haut)
Valeur :
f = kvn
Application : centre d’inertie du solide.