TP : Parachute et Rubik`s Cube. Notions et contenus Compétences

TP : Parachute et Rubik’s Cube.
Notions et contenus
Compétences attendues
Temps, cinématique et dynamique newtoniennes.
Description du mouvement d’un point au
cours du temps : vecteurs position, vitesse et
accélération.
Référentiel galiléen.
Lois de Newton : principe d’inertie, et
principe des actions réciproques.
Choisir un référentiel d’étude.
Définir et reconnaître des mouvements et donner dans
chaque cas les caractéristiques du vecteur
accélération.
Connaître et exploiter les trois lois de Newton.
Mettre en œuvre une démarche expérimentale pour
étudier un mouvement.
Document 1 : Un parachutiste résout un Rubik s’cube à une altitude de 4300m.
Le 3 août 2010, Ludwig Fichte, 29 ans, s’est assis dans un bateau gonflable après avoir sauté d’un avion. Il a
résolu le Rubik’s Cube en 31,5 secondes et son altimètre indiquait alors 2500 mètres. M. Fichte a quitté son
bateau à l’altitude 2200 m et a ouvert son parachute à l’altitude de 1100 m. Le parachutiste dit avoir utilisé le
bateau gonflable pour avoir plus de stabilité et pouvoir mieux se concentrer sur le casse-tête. Source :
http://fr.news.yahoo.com Vidéo ici : https://www.youtube.com/watch?v=tuNOvlqJ1IU
Document 2 : Modélisation de la chute de M.Fichte.
- 1ère phase : Chute de M. Fichte assis sur le bateau gonflable pendant qu’il résout le rubik’s Cube.
- 2ème phase : Chute de M. Fichte sans bateau, dans la position classique de descente.
- 3ème phase : Chute de M. Fichte avec son parachute ouvert.
On obtient les deux courbes suivantes donnant les variations d’altitude h et de vitesse v du parachutiste
en fonction de la durée de chute notée t.
Document 3 : Hypothèses pour simplifier le problème.
- On néglige la poussée d’Archimède.
- L’origine des dates est choisie à l’instant où le parachutiste et le bateau quittent l’avion. La
composante verticale de la vitesse est alors nulle. On néglige la composante horizontale de la
vitesse, le parachutiste étant très vite freiné par l’air dès la sortie de l’avion. La chute est donc
supposée sans vitesse initiale et verticale.

I) Quelques précisions sur la chute de M.Fichte.
1) Préciser le référentiel d’étude.
2) Retrouver les trois phases sur la courbe 1.
3) Qualifier le mouvement de chacune de ces phases.
4) Indiquer à quoi correspond la rupture de pente sur la courbe 2.
5) Tracer l’allure du graphique a=f(t).
II) Quelle situation se rapproche le plus de la première phase ?
On souhaite modéliser de façon simple la première phase de la chute de M.Fichte (celle avec le
bateau). Pour cela, vous avez deux situations à votre disposition.
- La chute verticale d’une bille d’acier dans de l’air.
- La chute verticale d’une bille d’une bille dans de la glycérine.
Matériel à disposition :
- Webcam.
- Bille d’acier.
- Eprouvette rempli de glycérine.
- Règle de tableau.
- Logiciel Latis-Pro et sa notice.
1) Indiquer la méthode choisie pour pouvoir répondre à la question.
2) Pour simplifier, on utilisera les vidéos contenues dans le fichier vidéo Latis-Pro :
- La chute verticale d’une bille d’acier dans de l’air : TP1SCHUTVERT
- La chute verticale d’une bille d’une bille dans de la glycérine : TPTSEUL1
Réaliser les études nécessaires.
3) Conclure sur la situation se rapprochant le plus de la première phase de la chute de M. Fichte
III) Etude de forces.
1) Faire un bilan des forces s’exerçant sur le parachutiste.
2) Les schémas ci-dessous représentent à trois instants les forces appliquées au parachutiste : le
poids
P
et la force
f
modélisant les frottements. Affecter un schéma à chacune des dates : t1
= 5 s, t2 = 30 s et t3 =52 s.
3) Rappeler la deuxième loi de Newton. Montrer pour chaque phase qu’elle est vérifiée.
4) La force de frottement
F
exercée par l’air sur le système « parachutiste + bateau » ou
« parachutiste seul » a une valeur proportionnelle au carré de la vitesse du centre d’inertie du
système et est dirigée en sens opposé du vecteur vitesse :
..F kvv
et F = k.v².
Expliquer alors les variations constatées de la vitesse.