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Niveau école ingénieur
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vitesse horizontale d'un parachute

Posté par
daoust123
03-04-14 à 22:17

Bonjour à tous,
Je fais un projet sur les parachutes pour mon projet intégrateur en mathématique au cégep.  
Je me penche présentement sur la vitesse horizontale du parachutiste.
J'ai trouvé la formule suivante sur des sites internet qui décrit la distance horizontale qu'un parachutiste effectuera durant environ les 8 ou 10 premières secondes.
p = (5Vt)/(t+5)
ou p est la distance parcourue dans le référentiel de la terre
V est la vitesse de largage, donc la vitesse horizontale que l'avion avait lorsque le parachutiste à sauter
t est le temps (comme mentionné plus haut, c'est seulement pour les 8 à 10 premières secondes du saut)

Je n'ai trouver aucune preuve ou démonstration ou explication à cette formule et je ne veut pas juste la pluger dans mon travail sans expliquer son origine.

Donc si quelqu'un pouvait m'aider à expliquer cette formule ou bien si quelqu'un pouvait m'expliquer comment décrire mathématiquement le mouvement horizontal d'un parachutiste.  

Je sais que la force de résistance de l'air diminuera au fur et à mesure que le saut avance puisque sa vitesse horizontale va diminuer de plus en plus... Mais alors comment expliquer la formule
p = (5Vt)/(t+5)  ??

Posté par
quarkplus
re : vitesse horizontale d'un parachute 04-04-14 à 03:46

Bonjour,
Vu l'allure de cette fonction, cela ressemble beaucoup à une approximation expérimentale ,
et donc, il n'y a pas de démonstration .
Maintenant, vous avez dit ce qu'il faut essayer de faire :
Au départ , le parachutiste possède la vitesse de l'avion, mais il est immédiatement freiné par une force due à la résistance de l'air , que je prendrai - je ne sais pas à quelle vitesse maxi on largue les parachutistes - pour commencer , de la forme  f = 1/2 k S v^2 .
Cela devrait donner un résultat tout à fait correct .

Posté par
daoust123
re : vitesse horizontale d'un parachute 04-04-14 à 15:44

C'est aussi ce que mes professeurs m'ont dit comme quoi ce serait une approximation expérimentale donc pour l'instant c'est effectivement ma conclusion pour cette formule.


Mais si on oublie cette formule et qu'on en cherche une autre pour décrire le déplacement horizontal...

Je suis en accord que la force de résistance de l'air 1/2 C S p v^2 (vous avez oublié le paramètre  rho pour la densité de l'air) (notez que je n'utilise pas les mêmes variables peut-être, mais bon on peut réussir à se comprendre tout de même) va agir sur le parachutiste aussitôt qu'il sautera de l'avion, par contre cette force ne sera pas constante puisque justement si le parachutiste est ralenti par la résistance de l'air, sa vitesse diminue et donc la force de résistance de l'air diminue aussi.  Donc plus le temps avance, plus la force de résistance de l'air vient ralentir la vitesse horizontale du parachutiste, et donc plus la force de résistance de l'air devient petite jusqu'à devenir nulle lorsqu'elle aura complètement ralentie à une vitesse nulle à l'horizontale le parachutiste.

Donc comment puis-je déterminer une formule ou quelque chose pouvant m'indiquer le déplacement horizontal si la seul force qui agit dans cette axe n'est même pas constante...?

Merci

Posté par
J-P
re : vitesse horizontale d'un parachute 04-04-14 à 15:47

Juste pour info.

Voila une approche théorique possible :

F = (1/2).Rho * S * Cx * v² (force de frottement aérodynamique).

Ordre de grandeur : Rho(air) = 1,2 kg/m³ ; S = 1m² ; Cx = 0,8

F = 0,48 v² = - m dv/dt

Si le parachutiste harnaché a une masse de 100 kg, on a :

0,48 v² = - 100 dv/dt

dv/dt = - 0,0048 v²

dv/v² = - 0,0048 dt
-1/v = -0,0048.t - K
v = 1/(0,0048 t + K)

Et avec V(0) = vo (vitesse horizontale de l'avion).
vo = 1/K
K = 1/Vo

v = 1/(0,0048 t + 1/Vo)

v(t) = Vo/(1 + 0,0048*Vo*t)

dx/dt = Vo/(1 + 0,0048*Vo*t) + K1

x(t) = 208 * ln(1 + 0,0048*Vo*t) + K1

x(0) = 0 ---> K1 = 0

x(t) = 208 * ln(1 + 0,0048*Vo*t)

Qui n'est évidemment que très approché, puisque dépend de paramètres que j'ai ici choisi au pif.
-----
Exemple numérique :

Soit Vo = 200 km/h = 56 m/s
x(10) = 208 * ln(1 + 0,0048*56*10) = 270 m

et Avec la formule x(t) = (5Vt)/(t+5), on aurait x(10) = 5*56*10/15 = 187 m
-----

Sauf distraction.  

Posté par
daoust123
re : vitesse horizontale d'un parachute 04-04-14 à 23:04

c'est très intéressant mais je ne comprend pas d'où le facteur 208 devant le ln provient..?
Sinon tout le reste se tient.

Donc, puisque vous avez poser des valeurs aux variables initiales, est-ce qu'on pourrait dire que le 0,0048 qui reste dans l'équation finale est égale à (1/2*rho*S*Cx)/ masse? Donc on pourrait obtenir une équation qui généralise tout les cas.

Merci, votre aide est très appréciée!

Posté par
J-P
re : vitesse horizontale d'un parachute 05-04-14 à 08:53

Il y a un K1 en trop dans mon message précédent, mais soit.

dx/dt = Vo/(1 + 0,0048*Vo*t)

x = Vo \int \frac{dt}{1+0,0048.V_o.t}

x = V_o.\frac{ln(1+0,0048.V_o.t)}{0,0048.V_o} + K_1

x = \frac{1}{0,0048}.ln(1+0,0048.V_o.t) + K_1

x(t) = 208 * ln(1 + 0,0048*Vo*t) + K1

et avec x(0) = 0, on a K1 = 0

x(t) = 208 * ln(1 + 0,0048*Vo*t)

Posté par
J-P
re : vitesse horizontale d'un parachute 05-04-14 à 08:59

Le 0,0048 est la valeur numérique de \frac{\rho . S . C_x}{2.m}

On devrait donc avoir :

x(t) = \frac{2m}{\rho . S . C_x}.ln(1 + \frac{\rho . S . C_x}{2.m}.V_o.t)

Sauf distraction.  

Posté par
daoust123
re : vitesse horizontale d'un parachute 06-04-14 à 04:55

merci beaucoup à vous c'est très apprécié, je vais vérifier avec mon professeur mais tout est très logique donc encore merci!



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