Comprendre les fusées à eau

FICHE D’ACTIVITE N° 4
Thème : PROPULSION
Intitulé : Comprendre les fusées à
eau
Difficulté : 
Temps : 3h00
Matériel :
- 1 bouteille pour soda de 1.5 litre en
P.E.T par groupe
- 1 pompe à vélo munie d’un
manomètre
- Kit « rampe de lancement pour fusées
à eau »
- Banc de mesure de poussée des
propulseur à eau
- Théodolite pour mesurer l’altitude des
fusées.
- Balance de 100 g à 1.5 kg
MALLE ESPACE – ANSTJ
Comprendre les fusées à eau
Résoudre l’énigme : Dans la fiche d’activité n°3, « le
défi des fusées à eau », tu avais trouvé une recette
permettant d’envoyer une fusée à eau le plus haut
possible. Es-tu capable d’expliquer pourquoi c’est
CETTE recette qui fonctionne ? La question n’est pas
forcément très simple et nous pouvons t’aider à y
répondre.
Chercheur en herbe : Nous te proposons de te mettre
dans la peau d’un chercheur « en herbe ». Une équipe de
chercheur est dirigé dans ses études par un « directeur de
recherche ». Ainsi, ton animateur ou ton professeur
jouera ce rôle. Cette fiche d’activité te servira de guide
pour récolter le maximum d’informations sur les fusées
que tu as pu tester.
S’organiser :Tu vas avoir besoin de noter tout ce qui caractérise chacun des essais que tu as fait.
Choisis une façon clair et pratique pour regrouper ces notes (tableau général, fiches par essais…).
Mesurer les masses des fusées : Pour chaque essais que tu as fais, re-remplis la fusée
(bouteille) avec la bonne quantité d’eau et mesure le poids (la masse) obtenu. Note le résultat.
Mesurer les temps et les altitudes : relance tes différentes fusées et mesure les altitudes
atteintes avec un théodolite. Tu peux également mesurer d’autres choses : le temps de culmination,
le temps et l’altitude de fin de propulsion (quand toute l’eau s’est vidée).
Mesurer la poussée des propulseurs : Mesure, grâce au banc de poussée, les performances de
ton moteur, en mettant la quantité d’eau correspondant à chaque essais. Remarques-tu des choses
intéressantes suivant la proportion entre l’eau et l’air.
Approche du problème : En physique, la méthode la plus utilisée pour
analyser un problème est d’isoler l’objet que l’on étudie par rapport à ce qui
l’entoure et de faire un bilan des forces auxquelles il est soumis à un instant
donné. Nous dirons que l’objet que l’on étudie est : la bouteille + l’eau qui s’y
trouve encore. Pour simplifier le problème, on va considérer qu’on lance la
fusée à la verticale. Dans le cas de notre bouteille, si on prend une « photo »
de celle-ci à l’instant où elle quitte la rampe (elle ne la touche plus), 2 forces
agissent dessus. Celle liée à son propre poids et celle liée à la poussée du
moteur. La poussée du moteur agit de la même façon qu’un poids équivalent
qui tirerait la fusée vers le haut (voir schéma).
Version du 15/06/17
FICHE D’ACTIVITE N° 4
MALLE ESPACE – ANSTJ
Observations : Sur le schéma, la force de poussée (ou son poids équivalent) est plus importante
que le poids de la bouteille pleine. Que fait la bouteille ? Si le poids de la bouteille était plus
important que la poussée, que se passerait-il ?
Revenons à nos expériences. Essaie, pour chaque essais, en fonction des mesures que tu
as faite (masses et poussées) de faire le fameux « bilan des forces » juste après le décollage.
Compare ces bilans. Peux tu observer des choses intéressantes ?
Essaie de faire le bilan des forces lorsque le moteur s’est vidé de la moitié de l’eau. Il
faudra préciser à quel instant cet événement se déroule. Compare ces bilans. Peux-tu observer
des choses intéressantes ?
Essaie de faire le bilan des forces lorsque le moteur est presque entièrement vidé. Il
faudra là encore préciser à quel moment cela intervient.
La solution de l’énigme : tu avais peut-être noté des pistes de solutions lors de la fin de
l’activité n°3. Tu peux relire tes notes. Qu’en penses-tu ? D’après toutes tes observations, peuxtu maintenant expliquer pourquoi c’est CETTE recette-là qui fonctionne ?
Les ingénieurs qui travaillent sur les fusées sont eux aussi confrontés à ce problème pour
amener des grosses charges utiles a des vitesses ou des altitudes importantes. Tu peux voir
comment chacun s’y prend, comparer les systèmes russes, américains et européens en prenant en
compte les poussées des divers moteurs et les masses diverses…
Vocabulaire
Pression
Masse et poids
Force
Forces aérodynamiques
Attraction terrestre
Moteur - propulseur
Poussée d’un propulseur
Banc de poussée
Théodolite
Pour en savoir plus :
- Séquence CD-ROM « propulsion »
Lien avec d’autres fiches d’activité :
- Réaliser des fusées à eau
- Découvrir le vol des fusées en
fabricant des micro-fusées
Version du 15/06/17