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force et gouttelette

Posté par
ace95
30-12-08 à 15:04

Bonjours a tous, j'ai un petit probleme avec un exo:
On me demande de calculer la poussée d'Archimede et le poids ( je sais les formules)exercés sur une gouttelette mais l'énoncé de donne pas le volume pour calculer l'intensité des forces.

Données: masse volumique de l'air: 1.3 kg.m-3
         masse volumique de l'eau: 1000kg.m-3
         viscosité de l'air: 1.81*10-5 N.m.s-²
         intensité de la pesanteur: 9.80 N.kg-1
         vitesse des gouttes par rapport a la Terre: 2.30*10-² m.s-1

Merci de votre aide

Posté par
magisterien
re : force et gouttelette 30-12-08 à 19:27

Bonjour,

La vitesse des gouttes par rapport à la Terre est une donnée constante donc cela signifie d'après le principe d'inertie que la somme des forces extérieures appliquées à ta gouttelette est nulle.
donc P + Pa + S = 0 (ou S est la force de viscosité due à l'air (également connue sous le nom de force de Stockes)
S s'opposent aux mouvements, c'est une force de frottement fluide proportionnel à la vitesse v.
Toutes les forces sont portées selon la verticale donc en supposant la gouttelette sphérique et de rayon R on a:

4/3R3eaug = 4/3R3air + 6Rv où est la viscosité de l'air.
La seule inconnue est donc R..

Posté par
magisterien
re : force et gouttelette 30-12-08 à 19:30

Excuse-moi j'ai oublié le terme g dans l'expression de la poussée d'Archimède.
(v est la vitesse de la gouttelette.)

Posté par
ace95
force et gouttelette 30-12-08 à 19:40

Tout d'abord, merci de m'avoir répondu. Donc je dois trouver R ? je ne vois pas comment ça va m'aider pour calculer l'intensité des forces et je ne vois pas comment trouver R.

pourrais-tu me donner plus de precision sur le calcul ?

merci de ton aide.

Posté par
magisterien
re : force et gouttelette 30-12-08 à 20:04

Si tu connais R, tu connais le volume de la goutte et à fortiori sa masse puisque tu connais sa masse volumique donc tu en déduis le poids. De même avec le volume tu en déduis la poussée d'Archimède puisque tu connais aussi la masse volumique de l'air.

Après simplification, l'équation devient (sauf erreur):
g2/3R2(eau - air) = 3nv

soit R = (9v/[2g(eau-air)])

Posté par
ace95
force et gouttelette 30-12-08 à 20:50

OK, dans mon exo, la formule avec R c'est la deuxieme question. dans la premiere, je dois montrer que la valeur de la poussée d'Archimede exercée sur une gouttelette est negligeable par rapport à celle de son poids.
Donc il faut que je calcule l'intensité des forces et normalement le poids est 100 fois plus grand que la poussée d'Archimede.
Je pense que la formule avec R ne doit pas etre utilisée dans la premiere question.
De plus,je ne comprends pas ton raisonement et je ne vois pas les formules qu'il faut faire pour la question 1).
Merci.

Posté par
magisterien
re : force et gouttelette 30-12-08 à 21:15

OK, et bien eau 1000 * air, donc la poussée d'Archimède est environ mille fois plus faible que le poids alors oui c'est négligeable d'autant plus que le volume d'une gouttelette est petit. C'est tout !

Ensuite si tu négliges Pa, alors le principe d'inertie est simplement exprimé via cette équation:
P + S = 0 => -mg + 6Rv = 0
avec m = eau4/3R3

=> R = (9v/(2*geau) (sauf erreurs)

Mon raisonnement repose simplement sur le fait que la vitesse de la goutte est constante (mouvement rectiligne uniforme implique principe d'inertie).

Posté par
ace95
force et gouttelette 30-12-08 à 22:22

D'accord, j'ai compris!!!
Merci de ton aide et bonne fete a toi.

Posté par
ace95
force et gouttelette 31-12-08 à 14:28

Juste une derniere question, en quoi est exprimé R ?
Merci et desolé du dérangement.

Posté par
magisterien
re : force et gouttelette 31-12-08 à 17:17

Fais une équation aux dimensions. R doit être exprimé ici en mètre d'après les données.



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