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TP 13 Propulsion par réaction
Objectifs : Mettre en œuvre une démarche expérimentale pour étudier un mouvement. Mettre en œuvre une
démarche expérimentale pour interpréter un mode de propulsion par réaction à l’aide d’un bilan qualitatif de
quantité de mouvement.
I. Modèle de la propulsion par réaction
Document 1 : Propulsion par réaction
La propulsion par réaction permet d’expliquer le décollage d’une fusée
par exemple. Le moteur exerce une force sur les gaz qui sont éjectés hors
de la fusée à la vitesse
. Par réaction, les gaz exercent une force égale et
opposée sur les moteurs, qui s’élèvent alors et font décoller la fusée à la
vitesse .
Document 2 : La quantité de mouvement
La quantité de mouvement d’un système, notée , est le produit de sa masse et de sa vitesse : . Pour les
systèmes composés de plusieurs sous-parties, la quantité de mouvement totale est la somme des quantités de
mouvement de chaque partie :
.
Si un système est isolé, c’est-à-dire s’il n’interagit avec rien d’extérieur, sa quantité de mouvement totale se conserve.
Sa valeur à l’état final est donc égale à sa valeur à l’état initial.
1. On considère le système {chariot + ballon gonflé} initialement immobile. Le système est supposé isolé.
Quelle est sa quantité de mouvement initiale ?
2. Le système est livré à lui-même (on laisse l’air s’échapper) et on considère l’instant de son mouvement,
appelé instant final, où l’air s’est entièrement échappé du ballon.
a. Exprimer à cet instant donné, en fonction de la masse d’air libéré et de
, la quantité de
mouvement de l’air qui se trouvait initialement dans le ballon.
b. Exprimer à cet instant donné, en fonction de la masse du chariot et de , la quantité de
mouvement du chariot.
3. Montrer qu’alors, à l’instant étudié, .
II. Expérimentation : quelle vitesse maximale pour le chariot ?
Tableau de consigne pour les grandeurs utiles :