Exercice 4 : frottements avec l`air - Académie de Créteil

Académie de Créteil http://www.ac-creteil.fr/physique
Frottements avec l’air.
Version adaptée
La vitesse de chute verticale d'un parachutiste de masse m = 80 kg se stabilise autour de 200 km.h-1,
avant l'ouverture de son parachute.
a) Faire le bilan des forces agissant sur le parachutiste, en ne tenant pas compte de la poussée
d'Archimède
1
. Donner leurs caractéristiques (direction, sens, valeur
2
), puis, les représenter.
b) Pour des vitesses élevées, on modélise par une force unique
f
les forces de frottements
exercés par l'air. Cette force
f
a même direction que le vecteur vitesse, un sens opposé
3
et
sa valeur est proportionnelle au carré de la vitesse. Calculer la valeur du coefficient de
proportionnalité, appelé coefficient de frottement .
Intensité de la pesanteur terrestre : g = 9,8 m.s-2
Réponses
a) poids : vertical, vers le bas, P = mg = 785 N
force de frottement avec l'air
f
verticale vers le haut
v
est un vecteur constant, donc
0
a
. D'où
0f   P
et f = P = 785 N
b)
2
fv
d'où
22
2..25,0 smN
v
F
avec v = 200 km.h-1 = 55,6 m.s-1
Version initiale
La vitesse de chute verticale d'un parachutiste de masse m = 80 kg se stabilise autour de 200 km.h-1.
a) Faire le bilan des forces agissant sur le parachutiste. Déterminer leurs caractéristiques
(direction, sens, intensité) ; puis, les représenter.
b) Pour des vitesses élevées, les frottements fluides sont proportionnels au carré de la vitesse.
Calculer la valeur du coefficient de frottement .
1
Préciser la question pour lever toute ambiguïté.
2
Vocabulaire : les lycéens n'utilisent pas le terme intensité mais le terme valeur pour une grandeur physique
vectorielle.
3
La modélisation des forces de frottements ne fait pas partie des connaissances exigibles.