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Poussée d'Archimède sur un ballon

Posté par
Biloou62
29-12-14 à 11:59

Bonjour, révisant pour les prochains partiels à la rentrée, je m'entraîne sur des exercices mais je suis bloquée à partir de la 2ème question, si quelqu'un pourrait m'aider...
Voici les questions :

1) Quel volume V d'hélium est-il nécessaire pour qu'un ballon avec 180 kg de lest (ballon vide compris) décolle?
Voici ma réponse :
Poids total = Poussée d'Archimède
(he)Vg +180*g = (air)Vg
V=180/((air)-(he))

C'est à partir d'ici que je ne comprends pas...
2)Un ballon sphérique de diamètre D=5m est gonflé à l'hélium. La pression atmosphérique au sol est p=10^5 Pa et la température ambiante est t=20)C. Dans les conditions normales de température et de pression, la masse volumique de l'air est de 1.3 kg.m-3
a) Calculer la poussée de l'air sur ce ballon en assimilant l'air à un gaz parfait. (g=9.8m.s-2)
J'avais pensé à calculer le volume du ballon
Poussée de l'air = (air) * V*g
Sachant que le volume d'une sphère = (4Pir^3)/3
Est ce bien la bonne démarche?

b) La ballon et son chargement ont une masse totale M=400kg. Quelle est la masse M' de lest qu'il faut prévoir pour que la force ascensionnelle soit de 200N au départ

ça je n'ai aucune idée...

c)Le ballon s'élève. Une soupape d'échappement de l'hélium maintient constamment la pression à l'intérieur du ballon égale à la pression atmosphérique. Le ballon cesse de monter lorsqu'il a atteint une altitude pour laquelle la pression atmosphérique est devenue p'=0.85*10^5Pa et la température ambiante t'=6°C . Quelle masse de lest a t-on jetée?

Donner l'expression du volume V du ballon à l'altitude z.
On donne k=10^-4 m-1 et a=6.10^-3 °C.m-1 . Calculer le volume V à l'altitude z = 2km

Merci aux personnes qui prendront le temps de me répondre... ça me serait d'une grande aide!

Posté par
J-P
re : Poussée d'Archimède sur un ballon 29-12-14 à 13:24

1)

masse du ballon rempli d'hélium : m = 180 + V*Rho(he)

Il faut : V*Rho(air) > 180 + V*Rho(he)

V > 180/(Rho(air) - Rho(he))
-----
2)

a)

Dans les CNTP, on a : T = 273,15 K et P = 101325 Pa

P1V1/T1 = P2V2/T2

101325*V1/273,15 = 10^5*V2/293,15

V2 = 1,08744.V1

Dans les conditions de l'exercice : Rho(air) = 1,3/1,08744 = 1,1955 kg/m³

Poussée de l'air sur le ballon : Pa = (4/3)*Pi * (5/2)³ * 1,1955 * 9,8 = 767 N
---
b)

Ici, il doit y avoir une erreur sur la valeur de la masse M.

Vérifie si ce n'est pas plutôt M = 40 kg ... (sinon bernique pour que le ballon monte)
---

Force ascensionnelle = Pa - Poids ballon - Poids de lest.
-----


Sauf distraction.  

Posté par
Biloou62
re : Poussée d'Archimède sur un ballon 29-12-14 à 14:31

Merci d'avoir pris le temps de me répondre!

Et pourtant, il s'agit bien de 400kg dans mon énoncé!

et je ne comprends pas votre démarche pour la question 2)a)

Posté par
J-P
re : Poussée d'Archimède sur un ballon 29-12-14 à 16:32

... Et bien il y a un os quand même dans l'énoncé.

Sans calcul, un ordre de grandeur de (Rho(air) - Rho(he)) est 1,1 kg/m³

Donc l'ordre de grandeur (pour un ballon de poids négligeable et sans poids ajouté) de la force qui fait monter le ballon est F = 1,1 * 9,81 = 11 N par m³ de volume

Le volume du ballon est ici V = 4/3 Pi*R³ = 65 m³

Et donc force qui fait monter le ballon (sans poids ajouté) est de l'ordre de 65*11 = 715 N

... Donc la masse max du bazar ne peut pas dépasser 715/g = 72 kg (comme ordre de grandeur)

Inutile de dire qu'avec 400 kg ... le ballon restera bloqué au sol.

Posté par
J-P
re : Poussée d'Archimède sur un ballon 01-01-15 à 19:13

L'erreur d'énoncé pourrait bien être dans cette phrase :

Citation :
Un ballon sphérique de diamètre D=5m est gonflé à l'hélium


Si on remplace le mot diamètre par le mot rayon ...
alors cela devient possible.



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