Si la vitesse limite est atteinte,
et
soit
Résolution de l'équation différentielle
Suivant la valeur de r que l'on choisit, la résolution analytique s'avère difficile c'est à dire qu'il
est difficile de trouver l'expression de la vitesse en fonction du temps.
On va résoudre cette équation par une méthode numérique c'est à dire que l'on va calculer les
valeurs de la vitesse aux différentes dates. La méthode utilisée est la méthode d'Euler. On peut
l'utiliser pour résoudre les équations différentielles, en général..
Elle repose sur l'hypothèse suivante : si
est suffisamment petit, alors
et
peuvent être considérés comme constants pendant l'intervalle
Pour comprendre cette méthode, on va procéder en deux temps. Dans un premier temps, on
va utiliser un tableau Excel qui calcule les valeurs de la vitesse aux différentes dates pour
ajuster les coefficients a, b et r afin que les valeurs obtenues soient en accord avec les valeurs
expérimentales.
Par la suite, on s'appropriera l'algorithme de calcul en effectuant les calculs de quelques
vitesses "à la main".
1- Recherche des coefficients a, b, r
- Dans un premier temps les élèves rappellent le fichier EXCEL "Bille_glycerol_eau_eleve".
A l'aide de la fonction Copier-Coller, ils copient dans la colonne VEXP, les valeurs des
vitesses qu'ils viennent de déterminer.
- Ils agissent sur les boutons pour que la courbe issue de la résolution numérique de
l'équation différentielle par la méthode d'Euler s'adapte au mieux à la distribution
expérimentale.
- Ils relèvent les valeurs des coefficients et notent l'expression de l'équation différentielle et
celle de la force de frottement fluide qui semble convenir.
A titre d'exemple, on peut obtenir le résultat figurant dans "Bille_glycerol_eau"
A ce propos, il peut être intéressant de noter que t0 0 si on
choisit v0 = 0. Ceci s'explique par le fait que la date de
début de chute de la bille n'est pas connue : elle est
comprise entre 0 et 33,3 ms.
2- L'algorithme de calcul.
Algorithme de calcul
- conditions initiales :
- calcul de
:
- calcul de
à
:
- on recommence avec les conditions initiales suivantes:
et