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Un ballon sous l'eau.

Posté par
noteblue
07-03-12 à 18:28

Bonjour, c'est simple je ne comprends rien à cet exercice sauf la première question, pouvez-vous m'aider en m'expliquant comment démarrer ou en le résolvant? Voici l'énoncé:

Un ballon spherique de volume V=4,2L de section S=0.031 m2 et de masse m=25g est laché sans vitesse initiale sous une hauteur d'eau h=2.50m.
1) Quelles sont les forces qui agissent sur le ballon pendant sa remontée?
2) Ecrire l'equation diférentielle du mouvement en prenant une force de frottement de la forme f=kv2 avec k=6,975 en unité SI.
3) A l'aide de la methode d'Euler, exprimer vn à l'instant tn=tn-1 + t en fonction de vn-1(vitesse à l'instant tn-1) et de v.
4) De même, exprimer zn à l'instant tn=tn-1+t en fonction de zn-1 (à l'instant tn-1) et de z.
5) En prenant un pas de t=0.010s, représenter avec un tableur les évolutions de v et de z en fonction du temps.
6) Vérifier qu'il y a bien une vitesse limite. Trouver sa valeur.
7) Déterminer au bout de combien de temps le ballon a atteint la surface.

Pour la 1) il y a la poussée d'archimede mais ... je ne comprend rien à la mécanique de Newton, ce chapitre ne passe pas...

Posté par
Benni15
re : Un ballon sous l'eau. 07-03-12 à 22:20

Bonsoir,

Pour la 1), il y a bien la poussée d'Archimède, mais il y a aussi le poids du ballon ainsi que la force de frottement fluide.

Pour la 2), il faut appliquer la deuxième loi de Newton (en prenant bien en compte le sens des forces) et remplacer a (l'accélération) par dv/dt (par définition) et il faut projeter (sur l'axe Oy: P= - mg, F= k.v2et PA=fluide .V.g, si je ne me trompe pas).

pour la suite, je pense que vous pouvez utiliser le cours/ le livre...

J'espère que ça vous a aidé.

Posté par
noteblue
re : Un ballon sous l'eau. 08-03-12 à 14:34

D'accord,merci bien,  alors voilà ce que j'ai mis mais si on projette sur Oy les frottements ne sont pas opposés au mouvement cela donne:
Fext= ma
-Py+Ay-fy=may

-mg+(fluide)Vig-kv2=ma.

donc dv/dt= -g+ ((Vig)/m)-(kv2)/m

Mais justement après j'ai du mal , pour la 3) voila ce que j'ai fait:

v(t+dt)= v(t)+dv
v(t+dt)= v(t)+(( -g-(k/m)v(t)2+ (Vig/m))dt

vn=vn-1+ ((-g-(k/m)vn-12+(Vig/m))t

Donc ça je ne sais pas si c'est bon et aussi après je ne vois pas du tout comment exprimer zn, comment dois-je faire?

Posté par
J-P
re : Un ballon sous l'eau. 08-03-12 à 15:23

Données à vérifier.

V = 4,2 L et m = 25g et Delta t = 0,010 s ne sont guère compatibles pour avoir une approximation "honnète".

N'est ce pas plutôt m = 250 g ?

Posté par
noteblue
re : Un ballon sous l'eau. 08-03-12 à 15:37

Non, dans l'énoncé il est bien écrit m=25g, peut être que l'énoncé est faux...
Mais pouvez-vous me dire si j'ai bon et comment aborder la question 4) ou du moins la méthode générale?

Posté par
J-P
re : Un ballon sous l'eau. 08-03-12 à 17:01

2)

-mg + Rho(eau)*Vol*g - kv² = m.dv/dt

dv/dt = -g + Rho(eau)*Vol*g/m - (k/m).v²

v(n) = v(n-1) + Delta v
Avec delta v = [-g + Rho(eau)*Vol*g/m - (k/m).(v(n-1))²] * delta t

v(n) = v(n-1) + [-9,8 + 1000*4,2.10^-3*9,8/0,025 - (6,975/0,025).(v(n-1))²].Delta(t)

v(n) = v(n-1) + [-9,8 + 1636,6 - 279.(v(n-1))²].Delta(t)

v(n) = v(n-1) + [1627 - 279.(v(n-1))²].Delta(t)

Avec V(0) = 0

Z(n) = Z(n-1) + V(n-1) * Delta t

avec Z(0) = -2,5

Mais delta t = 0,01 s conjointement avec les autres données ... ne permet pas une approche un peu sérieuse de la solution via l'utilisation d'un tableur.
... Soit il y a une erreur dans la donnée m = 25 g, soit il ya une erreur dans Delta = 0,01 s

-----

Lorsque la vitesse limite est atteinte, dv/dt = 0 et alors on a :

-g + Rho(eau)*Vol*g/m - (k/m).v² = 0
-9,8 + 1636,6 - 279.v² = 0
v = 2,41 m/s (arrondi)

Si m est bien celle donnée.
-----

Mais il y a une erreur dans une des données ...

Posté par
noteblue
re : Un ballon sous l'eau. 09-03-12 à 16:03

Merci beaucoup pour ce que vous avez fait, cela m'a bien aidé mais pour la 4) ils disent en fonction de Z et ca je ne comprends pas... C'est quoi Z?

Et oui c'est vrai il y a surement une erreur dans l'énoncé.



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