soit avec
τ est appelé et correspond à l’ordre de grandeur de la durée du régime
transitoire. La vitesse limite est en fait atteinte au bout d’une durée de
2 - Détermination expérimentale
Le temps caractéristique τ peut être déterminé en traçant la tangente à la courbe à t = 0 s : l’abscisse du
point d’intersection de cette tangente et de l’asymptote à la courbe a pour valeur τ : cf. courbe v = f(t) en Annexe p. 6)
4°)Résolution de l’équation différentielle par une méthode numérique itérative : la méthode d’Euler
a) Introduction
Les équations différentielles du premier ordre en v déterminées précédemment peuvent être résolues :
oanalytiquement en utilisant une fonction exponentielle ;
onumériquement par une méthode itérative (dite méthode d’Euler) c’est-à-dire une méthode
consistant à obtenir les valeurs approchées de cette fonction et d’en déduire la représentation
graphique.
b) La méthode d’Euler •Raisonnons avec l’équation différentielle obtenue avec un frottement fluide de type laminaire :
soit avec et
Rq. : Les termes a et b dépendent des caractéristiques de la bille et du fluide et sont calculables avant
l’expérience.
•Cette équation différentielle peut s’écrire : soit
où δv correspond à la variation de la valeur de la vitesse pendant la durée δt.
•À la date t0 = 0 s, la valeur de la vitesse est connue : v0 = 0
•À la date t1 = t0 + δt, la vitesse vaut : soit
•À la date t2 = t1 + δt, la vitesse vaut : soit
•La répétition de ce raisonnement permet donc de tracer le graphique v = f(t)
c) Influence du pas d’itération δ t sur la précision des calculs
(Cf. les courbes v = f(t) en Annexe p. 7)
, mais plus le nombre de calculs à
effectuer est important pour une même expérience. L’outil informatique permet d’effectuer une simulation avec un grand
nombre de calculs.
d) Conclusion : comparaison des résultats expérimentaux et modélisés
(Cf. les courbes v = f(t) en Annexe p. 7)
•La solution numérique utilisant une convient mieux que celle utilisant une force de frottement de type
turbulent : la courbe de cette solution (force de frottement laminaire) est en effet plus près de la courbe
expérimentale que l’autre courbe.
•En revanche, , la solution numérique utilisant une
convient mieux que celle utilisant une force de frottement de type laminaire.
•Conclusion : La comparaison des courbes expérimentale et modélisée permet de déterminer le domaine de
validité du modèle.