Inscription / Connexion Nouveau Sujet
Niveau terminale
Partager :

DM : Trajectoire d'une flèche

Posté par
KinaMay
17-04-16 à 15:06

Bonjour,
Voici mon énoncé :
(les lettres en gras sont des vecteurs)

1. Trajectoire de la flèche :

Sur les cibles de tir à l'arc se trouve un disque central de 10 cm de diamètre. À 70 m, l'archer le voit sous un angle de moins d'un dixième de degré, et doit ajuster la position de la corde et de ses mains au millimètre près […]. Dans quelle direction la flèche doit-elle partir pour parvenir au centre de la cible ? La résistance de l'air a ici relativement peu d'effet. La trajectoire de la flèche est à peu près balistique, c'est-à-dire de forme parabolique.

On étudie dans le référentiel terrestre supposé galiléen le mouvement de la flèche assimilée à un point matériel de masse notée m.
La situation est représentée sur la figure ci-dessous, sans souci d'échelle.
Le champ de pesanteur g est parallèle à l'axe (Oz), On prendra g = 9,8 m.s-2.

1.1. Quelle force peut-on négliger d'après le texte introductif ?

1.2. La poussée d'Archimède étant elle aussi ici négligeable, établir l'expression du vecteur accélération a de la flèche à partir du bilan des forces s'exerçant sur celle-ci.

1.3. On note l'angle que fait le vecteur vitesse initiale de la flèche avec l'axe horizontal (Ox).

1.3.a. Montrer que les équations horaires paramétriques du mouvement du centre d'inertie sont :
x(t) = (v0 * cos) * t (1)
z(t) = -(1/2) * g * t2 + (v0 * sin) * t (2)

1.3.b.  Montrer que l'équation de la trajectoire de la flèche est la suivante :
z = -(g/(2 * v02*  cos2)) x2 +( tan) * x

1.3.c.  Justifier la forme de la trajectoire indiquée à la fin du premier texte.

2.  « Chute » de la flèche :

Pour une vitesse initiale typique de 70 m/s (250 km/h), le vol dure environ une seconde. Au moment de toucher la cible, la flèche a chuté d'une certaine distance par rapport au point situé dans le prolongement de la direction de la vitesse initiale.
Cette distance de chute, notée h sur la figure, est égale à la moitié du produit de l'accélération de la pesanteur par le carré de la durée du vol (gt2/2). Dans notre exemple, la « chute » est d'environ cinq mètres, d'où l'on déduit que la vitesse initiale de la flèche doit faire un angle de quatre degrés avec la droite joignant le tireur et le centre du blason.

On note A le point situé dans le prolongement de la direction de la vitesse initiale (voir figure).

2.1. Durée du trajet de la flèche :
Soit tC la date à laquelle la flèche atteint la cible. Cette date est égale à la durée du vol de la flèche.

2.1.a. En utilisant l'équation horaire paramétrique (1), exprimer tC en fonction de v0, et xC, abscisse du point G, centre de la cible.

2.1.b. Vérifier à l'aide d'un calcul la cohérence des valeurs numériques données dans les deux textes en italique précédents.

2.2. « Distance de chute » :
2.2.a. Quelle hypothèse peut-on faire pour considérer que la flèche atteint le point A en gardant les mêmes conditions initiales de tir ? Préciser alors, en justifiant, la nature du mouvement de la flèche.

2.2.b. On peut considérer que la durée du trajet hypothétique OA de la flèche et la durée tC du parcours parabolique OC sont identiques.
Exprimer dans ces conditions la « distance de chute » h en fonction de v0, tC et .

2.2.c. En utilisant l'équation horaire paramétrique (2), retrouver alors que la « distance de chute » h, pour un tir réalisé dans les conditions réelles, est égale à «( g*t2)/2 », comme indiqué dans le texte ci-dessus.


J'ai fait :
1.1. Les frottements peuvent être négligés : "La résistance de l'air a ici relativement peu d'effet"
1.2. D'après la seconde loi de Newton :
Fext= ma
P = ma
mg = ma
g = a

Je suis complètement bloquée à la question 1.3 je n'arrive a faire ni le a ni le b ni le c
pouvez-vous m'aider ?
Merci !

DM : Trajectoire d\'une flèche

Posté par
KinaMay
re : DM : Trajectoire d'une flèche 17-04-16 à 15:11

z = -(g/(t2 * v02*  cos2 )) x2 +( tan ) * x
je me suis trompée en écrivant dans l'énoncé

Posté par
KinaMay
re : DM : Trajectoire d'une flèche 17-04-16 à 15:15

je vais y arriver...
z = -(g/(2*v02 * cos2 )) * x2 + ( tan ) * x

cette fois j'ai vérifié c'est bon

Posté par
Achdeuzo
re : DM : Trajectoire d'une flèche 18-04-16 à 12:50

Salut

Comme tu l'as dit, à partir de la deuxième loi de Newton (relation fondamentale de la dynamique), on obtient que : \vec{a} = \vec{g}.
(en négligeant les frottements et la poussée d'Archimède bien sûr^^)

On te demande de déterminer les équations horaires paramétriques du mouvement : autrement dit, il faut exprimer x et z en fonction de t.

Ce sont les composantes du vecteur position \vec{OM}.

Or :
- \frac{d\vec{OM}}{dt} = \vec{v}
- \frac{d\vec{v}}{dt} = a

Donc les vecteurs \vec{OM} et \vec{a} sont liés entre eux.

Si tu connais les composantes du vecteur \vec{a} (et tu les connais grâce à la question 2), il te suffit de les "primitiver" pour déterminer celles du vecteur \vec{v}, puis rebelote pour celles du vecteur \vec{OM}.

A chaque fois, tu auras besoin des conditions initiales pour déterminer quelles primitives sont les bonnes.

Voilà, ça devrait te mettre sur la piste.
Si tu bloques toujours hésite pas à me le dire

Posté par
Mathieu95670
re : DM : Trajectoire d'une flèche 26-04-16 à 15:43

Pour la 1.3
si je ne mabuse, la bonne reponse est parabollique . Et ceci est du au faite que ton equation du mouvement z (x) est sous la forme
ax^2+bx+c avec a, b, et c des reels, ce qui te renvoi au cours sur les fonctions polynomes d'ordres 2 qui on toute des forme de parabolle.
De plus tu peux commenter que le "a" donne le sens de la parabolle. (En fonction de son signe)



Mentions légales - Retrouvez cette page sur l'île de la physique - chimie
© digiSchool 2024

Vous devez être membre accéder à ce service...

Pas encore inscrit ?

1 compte par personne, multi-compte interdit !

Ou identifiez-vous :


Rester sur la page

Inscription gratuite

Fiches en rapport

parmi 237 fiches de physique

Désolé, votre version d'Internet Explorer est plus que périmée ! Merci de le mettre à jour ou de télécharger Firefox ou Google Chrome pour utiliser le site. Votre ordinateur vous remerciera !