TP : Sport extrême : Chute libre sans parachute

TP : Sport extrême : Chute libre sans parachute
Objectifs :
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Observer, décrire le mouvement d’un système dans un référentiel
Faire le bilan des actions mécaniques qui s’exercent sur un système.
Représenter une force par un vecteur.
Tracer un graphique à la main et l’exploiter
1. Chute libre
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Une vidéo
http://www.wat.tv/video/chute-libre-sans-parachute-1ag3p_2ho0p_.html
Répondre aux questions
Dans quel référentiel le mouvement du sportif est-il étudié pendant la chute libre ?
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
Pourquoi voit-on le sportif remonter à un instant donné ?
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
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Un extrait d’un site web proposant des baptêmes en parachute pour les moins téméraires:
« Voici certainement le moyen le plus simple afin de surprendre vos
proches … Osez, Offrez la « chute libre » en parachute biplace !
Laissez-vous tenter par un saut en parachute tandem, pour une
véritable montée d'adrénaline et un pur instant de magie. Dès votre
arrivée parmi nous, vous êtes pris en charge par un de nos
professionnels. Après un briefing au sol vous ayant présenté le
matériel, la position ainsi que le déroulement du saut, vous
embarquez pour une montée en avion afin de rejoindre 3000 m à
4000m suivant les autorisations du contrôle aérien… La porte
s'ouvre, premier grand frisson… Profitez pleinement de la chute
libre, de ce pur instant de bonheur et de liberté : environ 200 km/h
pendant 40 à 50 secondes inoubliables... 1500 m, le
parachute s'ouvre, admirez à présent le paysage lors de la descente
sous voile ouverte que vous pourrez piloter »
Support de travail
On dispose des relevés d’altitude pendant le saut d’un parachutiste, réalisés à l’aide d’un altimètre.
Tableau de valeurs
Temps du saut (s)
0
5
10
15
20
25
30
35
Altitude (m )
4000
3889
3644
3341 3014
2675
2330
1986
-1
Vitesse (m .s )
40
1641
Compléter le tableau en calculant la vitesse entre deux dates
On distingue deux phases lors de ce saut en chute libre : un régime transitoire et un régime permanent. Quelle est la nature du
mouvement en régime transitoire ? ……………………………………………
en régime permanent ?........................................................................................................................
Quelle est la vitesse limite en régime permanent ? ……………………….
Quelles sont les actions mécaniques qui agissent sur le tandem ?
…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
Représenter ces forces par un vecteur sur l’image sans considération de longueur lorsque le régime permanent est atteint.
Principe de l’inertie :
Un système est …………………………
ou en mouvement…………………………............ ……………………………….. si et seulement si les
……………………..qui agissent sur lui …… …………………………… ou s’il n’est soumis à aucune……………………
2. Un parallèle avec la chute d’une goutte dans l’huile
On va étudier le mouvement d’une goutte solution de permanganate de potassium (solution violette) déposée à la surface d’un
corps gras : de l’huile en régime permanent.
a)
Commencer par compléter la deuxième ligne du tableau ci-dessous en mesurant avec la règle le plus précisément possible
les distances d de toutes les graduations (à partir de la graduation 100) sur l’éprouvette graduée vide. Compléter le tableau.
b) Remplir une éprouvette graduée de 100 mL avec de l’huile. Faire en sorte que la surface libre de l’huile se situe le plus haut
possible au-dessus du trait de graduation 100.
c)
A l’aide de la pipette, faire tomber une petite goutte de la solution de permanganate de potassium sur la surface libre de
l’huile. Cette goutte peut rester accrochée sous la surface de contact air-huile. Attendre et observer, si cela dure trop
longtemps, toucher la goutte avec la pipette pour qu’elle se mette en mouvement.
d) Observer alors le mouvement de la goutte. Quel semble être la nature de son mouvement à partir de la graduation
100 ?...............................................................................
Les mesures : recommencer l’expérience précédente en déclenchant le chronomètre lorsque le milieu de la goutte passe devant
la graduation 100 (laisser tourner le chronomètre !). Relever les durées écoulées lorsque le milieu de la goutte passe devant les
graduations 80, 60, ……..0
1.
Remplir le tableau ci-dessous :
Graduation
d (m)
Δt (s)
2.
100
0
0
80
60
40
20
10
Exploitation
(m)
(s)
a-
Tracer la courbe sur le papier millimétrique joint ( préciser les échelles utilisées pour l’abscisse et l’ordonnée )
b- Quelle est son allure ?
……………………………………………………………………………………………………………………………………………….
c-
Par quelle équation mathématique peut-elle être représentée ?
………………………………………………………………………………………………………………………………………………….
d- Calculer le coefficient directeur ( également appelé pente ) de la courbe d = f(Δt) ; en déduire la relation entre les
grandeurs d et Δt.
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………
e-
Déduire des questions précédentes la valeur de la vitesse moyenne de la goutte ( notée V m) .
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………
f-
Quel est l’intérêt de calculer la vitesse de la goutte à partir de la courbe d = f(Δt) plutôt qu’à partir d’un calcul isolé sur un
couple de valeurs de d et de Δt extraites de vos mesures ?
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………..
g-
Définir précisément toutes les caractéristiques du mouvement de la goutte ( justifier ).
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………..
h- Les actions mécaniques qui s’exercent sur la goutte sont son poids, la poussée d’Archimède et la force de frottement
fluide? Calculer la valeur de chacune des forces et modéliser par des vecteurs sur un schéma. On donne g=9.8N/kg ;
diamètre de la goutte d=5mm ;masse volumique de l’huile =0.98g/cm
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