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La mécanique de Newton et le Travail des forces
Bonjour, j'aurais besoin d'aide sur cet exercice sur les différentes Forces exercées.
Je n'ai rien compris à ce chapitre...
Énoncé:
Le dimanche 14 octobre 2012, Félix Baumgartner es entré dans l'histoire en s'élançant de la stratosphère à plus de 39 000m d'altitudes. Félix a sauté depuis la nacelle d'un ballon avec une vitesse initiale nulle. Au cours de la première phase de sa chute qui a duré 4min et 20s, il a atteint une vitesse de pointe de 1342 km/h, soit MACH 1.24!
Dans une seconde phase, il a ouvert son parachute. Au total, son saut depuis la stratosphère a duré 9min et 03s.
Avec ce saut, 3 records du monde ont été battus:
-La chute la plus rapide: il a atteint une vitesse maximale de 1342 km/h
-Le saut le plus haut: 39 045m
-le plus haut voyage en ballon d'un homme 39 045m
Dans cet exercice on cherche à évaluer la pertinence d'un modèle de chute.
Description de l'atmosphère terrestre:
Troposphère: altitude de 0 à 10 km : sa masse volumique moyenne de l'air est entre 1 et 0.1 kg/m3
Stratosphère: altitude de 10 à 50 km : sa masse volumique moyenne de l'air est entre 0.1 et 10-3 kg/m3
Mésosphère: altitude de 50 à 80 km : sa masse volumique moyenne de l'air est entre 10-3 et 10-5 kg/m3
Thermosphère: altitude de plus de 80 km: sa masse volumique moyenne de l'air est de moins de 10-5 kg/m3
Données:
-La chute d'un objet es dite libre si l'objet n'est soumis qu'à l'action de la Terre, et si on peut négliger l'action de l'air. Lorsque l'action de l'air n'est pas négligeable, l'effet de l'air est d'autant plus important que la vitesse de chute est grande.
-Masse de Félix et de son équipement: m=120 kg
-Constante de gravitation universelle G=6.67x 10-11m3.kg-1.s-2
-Masse d la Terre: MT=5.98x1024
-Rayon de la Terre: RT=6380 km
Questions:
1)Attraction gravitationnelle lors du saut
1)1. Donner, en fonction de G, RT, H, m, MT, l'expression de la force d'attraction gravitationnelle exercée par la Terre sur Félix lorsqu'il s'élance dans le vide à l'altitude H.
1)2. En assimilant le poids P à cette force d'attraction, déduire l'expression de l'intensité de la pesanteur g. L'intensité de la pesanteur g reste-t-elle constante? au cours de la chute? Justifier quantitativement.
2)Etude de la première phase du saut de Félix Baumgartner avec le modèle de la chute libre.
Dans un référentiel terrestre supposé galiléen, le repère choisi possède un axe Oy vertical.
Dans cette première phase, on admet que l'accélération de la pesanteur g est égale à 9.71 m.s-2
2)1.Etablir l'expression de l'accélération ay de Félix. De quel type de mouvement s'agit-il?
2)2.Etablir l'équation horaire de son mouvement y= f(t)
2)3.En déduire la date t1 correspondant au record de vitesse de Félix.
2)4.Quelle distance Félix a-t-il parcouru lorsqu'il atteint cette vitesse maximale?
Quelle est alors son altitude H1?
3)Dans la stratosphère, le modèle choisi de la chute libre est-il pertinent?
3)1.Proposer un argument qui justifie l'utilisation précédente du modèle de chute libre.
3)2.En réalité, la distance parcourure par Félix lorsqu'il atteint sa vitesse maximale est supérieure à celle calculée à la question 2).4. Proposer un autre argument permettant d'invalider le modèle de la chute libre.
4)Analyse des transferts d'énergie lors de la première phase du saut.
Lors de la première phase de la chute, l'énergie mécanique se conserve-t-elle?
Argumenter votre réponse en identifiant les formes d'énergies mises en jeu t leurs variations.
J'espère que certains auront le courage de lire jusqu'ici!
Merci d'avance!
A la question : 1).1
F=Gx (mMt/RT+H) x N
A la question 2).1:
ay=mg
A la question 2).2 :
ay= g si et on a :
vy=gt+v0=gt
y=(gt2/2)+y0=A(gt2/2)+H
Vy=gt si et seulement si (vy/Ag)=t1
Si et seulement si t1=1342/A9.71=138s
Mais je ne suis pas sûr de ce que j'ai mis...
Non
2-1 : L'axe vertical est orienté vers le bas
origine = départ du saut.
Chute libre donc ay = g.
2-2 : Vo = 0
d'où v = gt.
Tu obtiens : y = 0,5*gt2.
2-3 : 1342 km/h = 372,8 m/s.
t1 = v/g = 372,8 / 9,74 = 38,3 s
2-4 : y(t1) = 0,5*9,74 *38,3 =7,13 km.
H1 = 31,9 km.
Ben non, tu as essayé. C'est en forgeant qu'on devient forgeron. Il y en a beaucoup ici qui se contentent d'attendre la réponse
3.1.
La masse volumique de l'air dans la stratosphère est négligeable par rapport à la masse volumique du sauteur avec son équipement => poussée d'Archimède due à l'air négligeable devant le poids. En outre les frottements sont négligeables.
Ok ?
Oui, il faut d'abord tenter soi-même avant de savoir si on a besoin d'aide ou non.
Et puis si on obtient la réponse sans comprendre ça ne sert à rien la plupart du temps 
D'accord merci beaucoup!
Excuses-moi j'aurai une question sur la 2-4:
Lorsqu'on me demande H1 je ne dois pas soustraire y1 au H total soit 39 045?
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