MECANIQUE 3 ETUDE DE LA CHUTE VERTICALE D’UN SOLIDE I. Bilan des forces 1. Poids Le poids est la force d’attraction gravitationnelle dû a la planète, au voisinage de la surface de la Terre. caractéristiques : direction : verticale sens : vers le centre de la Terre point d’application : centre de gravité du solide valeur : P = mg P: Newton m: kg g: N.kg-1 intensité (ou accélération) de la pesanteur (g=9,8N.kg-1) g gu P mg g vecteur champs de la pesanteur, intensité de la pesanteur Champs de la pesanteur uniforme Un champs de pesanteur est dit uniforme lorsque l’intensité de la pesanteur est constante dans l’espace. Dans ce cas on peut utiliser la relation : P mg remarque : Au voisinage de la Terre, le champs de pesanteur est uniforme sur une région de l’espace dont les dimensions sont de l’ordre de la centaine de mètres. 2. Poussée d’Archimède Dans un fluide, la densité est plus grande lorsque l’altitude diminue. Il en résulte une force dirigée vers le haut qui tend à faire remonter le système. caractéristiques : direction : verticale sens : vers le haut point d’application : centre de gravité du fluide déplacé valeur : PA Pa a m fluide déplacé .g Pa m fluide déplacé .g m fluide déplacé fluide .Vsolide exercice : On considère une bille de rayon r=1cm en métal de masse volumique métal =10kg.L placée dans l’air air =1g.L dans l’eau eau = 1kg.L Q : Comparer la poussée d’Archimède et le poids subit par cette bille dans les deux cas. Pa mD g fluide.V .g P m.g bille.V .g P bille Pa fluide P 10 3 10 4 Pa 10 P 10 b. 10 Pa 1 a. 1 3. Force de frottements (fluide) Elle est la résultante de l’interaction microscopique avec les molécules du fluide. Plus le fluide est visqueux, plus les frottements sont important. On modélise en général cette résultante par une force de caractéristiques : direction : tangent à la forme de l’objet sens : opposé au mouvement point d’application : dépend de la forme de l’objet valeur : f k.v k: dépend de la géométrie du solide 1 vitesse faible 2 vitesse plus élevée II. Equation différentielle en v On applique la seconde loi de Newton dans le référentiel terrestre, considéré Galiléen au système constitué par la bille de masse m : ma Fext P Pa f dv m P Pa f dt On projette sur l’axe Oz orienté vers le bas : dvz Pz Paz f z dt dv m mg mD g kv dt dv m k m g 1 D v dt m m m dv A B.v dt m A g 1 D m B k m 2