La chute libre verticale

La chute libre verticale
1) Expérience du tube de Newton
air
C’est un tube en verre dans lequel on peut faire le vide.
On y place une bille de verre et une plume et on le retourne
brusquement.
vide
Quand le tube contient de l’air, la bille tombe plus rapidement que la
plume.
Quand on a fait le vide dans le tube, la bille et la plume atteignent le
bas du tube en même temps.
2) Lois

Dans le vide, ou quand les frottements de l’air sont négligeables, les objets
tombent avec une accélération constante identique pour tous.
Cette accélération est égale au coefficient de pesanteur g .
Dans l’air tous les objets en chute libre verticale finissent par atteindre une vitesse
maximale ou vitesse limite.
Une fois cette vitesse atteinte, l’objet tombe avec une vitesse constante, il décrit
alors un mouvement rectiligne uniforme.
80
v(m/s)

60
vitesse limite
40
20
0
0
2
4
6
t(s)
1
8
10
3) Explications

Au moment du lâcher de l’objet, le frottement de l’air est nul. L’objet n’est
soumis qu’à son poids  qui s’exerce vers le bas, son accélération vaut g .

F


Comme sa vitesse augmente, le frottement de l’air F, qui s’exerce vers le
haut augmente, la résultante des forces et donc l’accélération diminuent.
Pour une certaine vitesse, le frottement de l’air est égal au poids, la
résultante des forces et donc l’accélération sont nulles.
La vitesse cesse d’augmenter, elle a atteint sa valeur maximale.
L’objet tombe à vitesse constante.
4) De quoi dépend la vitesse limite ?

De la surface horizontale de l’objet
Le parachutiste tombe plus vite lorsque son
parachute n’est pas encore ouvert.
Vitesse limite :
environ 5m/s
Vitesse limite :
environ 50 m/s
2

F


Du poids de l’objet
De deux objets de même forme et de même
dimension, le plus lourd tombe le plus vite.


Le gobelet lesté tombe plus vite que le
gobelet vide.

Le parachutiste le plus lourd tombe le
plus vite.
De la forme de l’objet
A poids égal et surface horizontale égale, celui qui a des formes
arrondies tombe plus vite que celui qui a des formes anguleuses.
Il offre moins de résistance à l’air, il est plus « aérodynamique ».

Des dimensions de l’objet
Pour une forme donnée, un objet d’une matière donnée tombe d’autant
plus lentement qu’il est petit.
Un homme tombe avec une vitesse limite d’environ 180 km/h.
Un chat tombe avec une vitesse limite d’environ 70 km/h.
Quelques vitesses de chute de
gouttes d’eau.
3
Diamètre
Vitesse limite
Goutte d’averse
5 mm
9 m/s
Goutte de pluie
1 mm
4 m/s
Gouttelette de brouillard
2 µm
0,5 mm/s
Graphique de l’évolution de la vitesse d’objets en chute libre.
40
1
35
2
30
v(m/s)
25
20
3
15
10
5
4
0
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
t(s)
Au départ, toutes les accélérations sont égales (g), toutes
les courbes sont tangentes à la même direction.
Expliquez chaque cas
1. …………………………………………………………………………………………….
2. ………………………………………………………………………………………………
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4. ………………………………………………………………………………………………
4