ALBARES Mélanie

ALBARES Mélanie
MARION Yoann
TP de Physique : Chute dans un fluide
Objectifs :
-étudier les mouvements de chute d’un solide dans un fluide
-déterminé graphiquement une vitesse limite et un temps caractéristique de chute
-SFE : savoir exploiter une vidéo avec un logiciel de pointage et traiter les données avec un
tableur
I)
Activités préliminaires : Saut en parachute !
On s’intéresse à une situation surprenante rencontrée au cinéma
1) Mélanie : Deux parachutistes s’élancent d’un avion, l’un continue à filmer son
équipier alors que l’autre ouvre son parachute. Dans ce cas, le caméraman descendra
plus rapidement puisqu’il sera soumis à la gravité et à son poids, tandis que l’autre
aura un parachute pour freiner sa chute. Ce parachute assurera les frottements avec
l’air. Le caméraman va avoir l’impression de voir le parachutiste monter. (Poussée
d’Archimède dans l’air).
Le parachutiste remonte, puisque la caméra est accrochée au parachutiste.
La caméra est fixée. Le référentiel : lié à l’espace temps.
Yoann : Les deux personnes s’écartent. On observe un mouvement de translation.
Second problème : un corps 2 fois plus lourd qu’un autre tombe t il deux fois plus vite ? Non
2) Si les deux parachutistes sautent en se tenant la main, ils forment alors un objet 2 fois
plus lourd, mais si pendant leur chute ils arrêtent de se tenir la main, ils resteront tout
deux a même hauteur de chute (côte à côte), mais leur vitesse de chute sera divisée par
2. Chut indépendante de la masse. (On lie cause à effet : approche dynamique).
3) Les frottements de l’air sont les mêmes à 1000 et à 3000 mètres. Dans les mêmes
conditions de saut. Donc la vitesse est égale. (A et B identiques)
4) La trajectoire est rectiligne. En ce qui concerne le reste.
On verra la réponse à cette question au prochain chapitre de physique.
Les 2 éléments pris en compte : poids et frottement de l’air
II)
Etude expérimentale de la chute d’un objet dans un fluide.
Nous sommes chargés de l’étude dans l’eau.
x
t
y
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1
1,1
1,2
1,3
1,4
1,5
dt/dt
0
0
0,00591
0,0887
0,0177
0,18895
0,0437
0,402
0,0981
0,6065
0,165
0,7195
0,242
0,775
0,32
0,805
0,403
0,81
0,482
0,85
0,573
0,875
0,657
0,85
0,743
0,86
0,829
0,855
0,914
0,855
1 0,65285714
Chute d'un objet dans l'eau
1,2
déplacement (m)
1
0,8
0,6
0,4
0,2
0
0
0,5
1
1,5
2
temps (s)
1) La courbe est une droite. (arrondie à l’origine). En fin de parcours
le mouvement est rectiligne uniforme. Au départ nous pouvons
remarquer une accélération, suivie d’une vitesse constante.
Traçons la courbe de tendance :
Courbe de tendance de la chute de l'objet
dans l'eau
déplacement (m)
1,2
y = 0,8405t - 0,2652
1
0,8
Série1
0,6
0,4
0,2
0
0
0,5
1
1,5
2
Linéai
re
(Série
1)
temps (s)
On remarque que le coefficient directeur de la droite est 0.8405
Calculons 63% de ce coefficient :
0.63* 0.8405 = 0.529515 =0.53
2) L’expression littérale qui permet de calculer la vitesse vi du
point P à la date ti connaissant la position précédente yi-1 et la
position yi+1 de ce point aux dates ti-1 et ti+1 :
Vi= ((yi+1) – (yi-1)) / ((ti+1) – (ti-1))
Courbe représentant la vitesse de l’objet au cours de sa chute :
Vitesse de chute de l'objet dans l'eau
1
vitesse vi
0,8
0,6
Série1
0,4
0,2
0
0
0,5
1
1,5
temps ti
3) La courbe est de forme exponentielle. Le mouvement de l’objet
est donc rectiligne uniforme.
4) cf graphique
Nous fesons la moyenne des 4 derniers points pour obtenir la vitesse limite , on obtient,
Vlim= 0.855 m/s
Voici le graphique correspondant :
vitesse vi
vitesse vi
1
0,9
0,8
0,7
0,6
0,5
0,4
0,3
0,2
0,1
0
Série1
Série2
0
0,5
1
1,5
temps ti
On fait de meme avec y=0.53 pour trouver τ
vitesse vi
vitesse vi
1
0,9
0,8
0,7
0,6
0,5
0,4
0,3
0,2
0,1
0
Série1
Série2
0
0,5
1
temps ti
On obtient τ=0.4 s
1,5