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Niveau terminale
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Saut en parachute

Posté par
Minisim25
13-08-15 à 20:20

Bonjour, je rentre cette année en terminale S. Pour s'y préparer, nos professeurs ont préparé quelques exercices dont celui écrit ci dessus.

J'aurais besoin d'aide pour la quatrième question, mais je me permets d'inscrire la totalité de mes réponses dans le but que vous les vérifiiez.

Merci d'avance.

ENONCE :

Dans un référentiel terrestre, on étudie différentes phases de la descente verticale d'un parachutiste qui s'est laissé tomber d'un hélicoptère en vol stationnaire :

- première phase : la valeur de la vitesse augmente jusqu'à atteindre
50 m/s

- deuxième phase : La valeur de la vitesse reste constante ;

- troisième phase : la valeur de la vitesse passe de 50 m/s à environ
5 m/s suite à l'ouverture du parachute ;

- quatrième phase : la valeur de la vitesse est à nouveau constante.

Le système étudié est le parachutiste et son équipement.

1. À quelle(s) force(s) est soumis le système lors de la chute ?

2. Ces forces se compensent-elles dans la deuxième phase ?

3. Représenter ces forces sur un schéma avec une échelle adaptée.

On schématisera le système de masse m = 80 kg par un point auquel on appliquera les forces.

Donnée : g = 10 N/kg.

4. A quelles forces est soumis un parachutiste équipé de son parachute, de masse m = 70 kg, après l'ouverture du parachute ?

5. Représenter ces forces lors de la quatrième phase sur un schéma en utilisant une échelle adaptée.

MES REPONSES :

1. Le système est soumis à la force gravitationnelle et à la force de traînée lors de la chute.

2. En effet, les forces se compensent dans la deuxième phase puisque la vitesse reste constante.

3. (image jointe)

4. Eh bien, principalement à la force gravitationnelle ?

5. A voir selon ma réponse précédente...

Merci d'avance.

Saut en parachute

Posté par
Coll Moderateur
re : Saut en parachute 14-08-15 à 07:43

Bonjour,

1.)
Tu en oublies une, qui sera négligée, mais c'est mieux de la nommer et de dire qu'elle est négligeable :
poids, résistance de l'air (on peut la nommer "traînée", mais c'est tout autant une "portance" puisqu'elle s'oppose au poids tout en étant de direction opposée à la vitesse) et... la poussée d'Archimède que l'on néglige.

2.)
Bien. C'est le moment de citer la première loi de Newton.

3.)
J'aurais fait un dessin plus simple et plus "physique" :
. un point pour le système parachutiste+parachute
. un vecteur pour le poids (origine : ce point précédent)
. un vecteur opposé pour la résistance de l'air (même origine)

Une force, modélisée en physique par un vecteur, a quatre caractéristiques :
. un point d'application
. une direction
. un sens
. une norme (valeur, intensité...)

Il faut donner ces quatre caractéristiques pour les deux forces.

4.)
Heureusement que non ! S'il n'y a plus que le poids... il s'écrase dans quelques secondes !

Posté par
Minisim25
re : Saut en parachute 14-08-15 à 13:03

1. Rectifié, merci.

2. 2. D'après la première loi de Newton, tout corps isolé qui n'est pas soumis à aucune sorte d'interaction avec d'autres objets matériels, conserve l'état de repos ou de mouvement rectiligne uniforme qu'il possédait auparavant. En effet, les forces se compensent dans la deuxième phase puisque la vitesse reste constante.

3. Je le ferai à la main dans ce cas là, merci.

4. Je sais pas en fait. Je comprends pas pourquoi ça changerait par rapport aux forces du début (question 1).

Posté par
Coll Moderateur
re : Saut en parachute 14-08-15 à 15:04

3.)
Il faut énoncer les quatre caractéristiques des deux forces (et donc, en particulier, calculer leurs intensités)

4.)
Exact, mais les intensités changent. Il faut les calculer.

Posté par
Minisim25
re : Saut en parachute 14-08-15 à 16:15

3) Une force, modélisée en physique par un vecteur, a quatre caractéristiques :
. un point d'application
. une direction
. un sens
. une norme (valeur, intensité...)

Valeur : 2 (cm)
Intensité : I = P/U

P: puissance en watt
U: tension en volt
I: intensité en ampère

Je comprends pas le rapport ?!

Posté par
Minisim25
re : Saut en parachute 14-08-15 à 16:15

Je comprends la formule, mais dans cet exercice je vois pas où est le lien...

Posté par
Coll Moderateur
re : Saut en parachute 14-08-15 à 16:31



En effet, aucun rapport...

Il ne faut pas confondre l'intensité d'un courant électrique avec l'intensité (la valeur, la norme...) d'une force.
Ici on te demande de calculer des intensités de force !

Mais tu n'as pas répondu pour les autres caractéristiques :
. point d'application : on considère que c'est le système (parachutiste + parachute) pour la question 3
. direction des forces ?
. sens des forces ?
. intensités des forces ? (n'oublie pas l'unité avec la valeur numérique)

Posté par
Minisim25
re : Saut en parachute 14-08-15 à 16:36

Force de trainée direction vers le ciel
force gravitationnelle vers la terre

sens des forces: vertical

intensités des forces je sais pas ce que c'est

Posté par
Coll Moderateur
re : Saut en parachute 14-08-15 à 16:47



Pour les deux forces :
. direction : la verticale

Pour le poids :
. sens : du haut vers le bas

Pour la résistance de l'air :
. sens : du bas vers le haut

Le système (parachutiste + parachute) a une masse de 80 kilogrammes. Quelle est la valeur (l'intensité, la norme...) de son poids ? (n'oublie pas l'unité)

Posté par
Minisim25
re : Saut en parachute 14-08-15 à 22:54

Je comprends pas... Le poids c'est en Newton. Faut il convertir ? Je comprends pas cette histoire de norme, d'intensité. Je comprends pas les termes dans le contexte et il m'est impossible de réagir. J'ai beau chercher sur internet, tout reste flou... Désolée mais je suis incapable de répondre à votre question.

Posté par
Coll Moderateur
re : Saut en parachute 15-08-15 à 07:48

Cela, c'est du programme du collège (en troisième) !

Soit une masse m = 2 kilogrammes

Cette masse est attirée par la Terre. On nomme cette force le poids et on peut la noter \vec{P}.

Les caractéristiques du poids sont :
. point d'application : le centre de gravité de la masse
. direction : la verticale du lieu
. sens : du haut vers le bas
. intensité : la norme de \vec{P} qui peut être notée ||\vec{P}|| ou P
et on apprend (en troisième) à calculer cette intensité :
P = m.g
avec g 9,8 N/kg (ou N.kg-1 ou m.s-2 ou m/s2)
P = 2 9,8 = 19,6 N
19,6 newtons

Posté par
Minisim25
re : Saut en parachute 15-08-15 à 10:45

C'est pour la question 3 ?

Donc je dois le faire pour le système de masse m = 80 kg ?

P = m.g = 80.9,8 = 784 N

Puis question 4 :

pour un système de masse m = 70 kg ?

P = m.g = 70.9,8 = 686 N

Posté par
Coll Moderateur
re : Saut en parachute 15-08-15 à 11:32

L'énoncé te demande d'adopter l'approximation g = 10 N/kg

Donc...

Question 3
Le système (parachutiste + parachute) de masse m = 80 kg est attiré par la Terre par une force (son poids) d'intensité

P = m.g = 80 10 = 800 N

Puisque (réponses aux questions précédentes) la résistance de l'air a la même intensité, l'intensité de la résistance de l'air vaut aussi 800 N

Pour ma part, le schéma de la question 3 ressemblerait à quelque chose comme ceci :
. A représente le système (parachutiste + parachute)
. \red \vec{P} représente le poids du système
. \blue \vec{R} représente la résistance de l'air sur le système pendant la phase à vitesse constante
L'échelle est donnée pour une intensité des forces de 400 newtons

Saut en parachute

Posté par
Minisim25
re : Saut en parachute 15-08-15 à 11:48

Ah oui, pardon. D'accord. Merci.

Question 4


P = 700 N

Si j'ai bien compris, la résistance de l'air a une intensité de 800 N (dans tous cas) donc un système de masse m = 70 kg est principalement soumis à la force de trainée mais aussi à la force de poids (mais moins, puisqu'on fait 800 contre 700 N ?) c'est ça ?

Posté par
Coll Moderateur
re : Saut en parachute 15-08-15 à 12:03

Ce que je comprends de l'énoncé :

Aux questions 4 et 5, le système n'est plus le même.
Le parachute n'est plus sur le dos du parachutiste mais est ouvert.
La masse du parachutiste est de 70 kg (on en déduit que la masse du parachute est de 10 kg ! )

Le poids du parachutiste a une intensité de 700 N
Puisque la vitesse se stabilise à nouveau, c'est que la résistance de l'air sur le parachute ouvert vaut 700 N quand la vitesse d'environ 5 m.s-1 est stabilisée. C'est cette vitesse qui permettra au parachutiste d'atteindre le sol correctement.

Pour la question 5, le schéma ressemblera beaucoup. Il faut conserver la même échelle. En conséquence les deux vecteurs seront un peu plus petits puisque modélisant 700 N et non plus 800 N

Posté par
Minisim25
re : Saut en parachute 15-08-15 à 12:18

4. P = m.g = 70 x 10 = 700 N.
OK ?

Citation :
principalement soumis à la force de trainée mais aussi à la force de poids

OK ?

Question 5

Citation :
Pour la question 5, le schéma ressemblera beaucoup. Il faut conserver la même échelle. En conséquence les deux vecteurs seront un peu plus petits puisque modélisant 700 N et non plus 800 N


Donc, l'intensité de la résistance de l'air est toujours égale au poids du système (donc diffère dans TOUS LES CAS DE FIGURE ?)

Okay. Les deux vecteurs représenteront donc 700 N.

_________________________

Merci

Posté par
Minisim25
re : Saut en parachute 16-08-15 à 11:25

Excusez moi, j'avais mal lu votre réponse.

4. P = m.g = 70 x 10 = 700 N.

Puisque la vitesse se stabilise à nouveau, c'est que la résistance de l'air sur le parachute ouvert vaut 700 N quand la vitesse d'environ 5 m.s-1 est stabilisée.

Le parachutiste équipé de son parachute est principalement soumis à la résistance de l'air mais un peu, aussi, à son poids.

5. Pas de problème



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