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Forces exercées au cours d'une chute

Posté par
Gigi9041
03-01-18 à 12:22

Bonjour !
J'aurais besoin de votre aide pour cet exercice s'il vous plaît car je n'y arrive pas:

Énoncer :
     Le parachutiste et son équipement ont une masse totale m=80 kg. Sa trajectoire est constamment rectiligne tout au long du saut ( Poussée d'Archimède négligeable).
Phase du mouvement : 0s à 10s, sens du mouvement : vers le bas, évolution de la vitesse : croissante ( 0 à 50m/s), caractéristique du mouvement : rectiligne accéléré.
Phase du mouvement : 10s à 15s, vers le bas, stagnante ( 50m/s), rectiligne uniforme
Phase du mouvement : 15s à 18s, vers le bas, décroissante ( 50 à 5m/s), rectiligne décéléré
Phase du mouvement : 18s à 30s, vers le bas, stagnante ( 10m/s), rectiligne uniforme.

Question :
   On dit qu'un objet est en chute libre lorsque son accélération est égale à l'accélération de pesanteur g. Jusqu'à quel instant, le parachutiste peut-il être considéré en chute libre ?
  A quel instant le parachutiste ouvre-t-il son parachute ?
  Calculer l'intensité maximale de la force exercée par l'air lorsque le parachute est fermé
  Calculer l'intensité de la force exercée par l'air lorsque la vitesse du parachutiste est stabilisée, parachute ouvert.


Merci par avance de votre aide.

Posté par
odbugt1
re : Forces exercées au cours d'une chute 03-01-18 à 12:39

Bonjour Gigi9041

Pour pouvoir t'aider sans faire le travail à ta place il te faut expliciter tes difficultés autrement que par le laconique "je n'y arrive pas"

Si tu n'y arrives pas c'est donc que tu as essayé d'y arriver.
Fais nous part de tes essais.
Pose des questions précises sur tes difficultés

Posté par
Gigi9041
re : Forces exercées au cours d'une chute 03-01-18 à 12:58

Bonjour odbugt1,

Oui cela fait quelques jours que je suis dessus mais je bloque toujours,
Pour moi, les réponses serait cela :
- le parachutiste peut-être considéré en chute libre jusqu'à 10 secondes mais je ne sais pas comment l'expliquer.
- Au bout de 15 secondes, sa vitesse chute brutalement ( 50 m/s à 5m/s) ce qui signifie que le parachute a été ouvert.
-Pour calculer l'intensité lorsque le parachute est fermé et ouvert, j'utiliserais la formule T = k* v² = ( coefficient dépendant du fluide et de la géométrie du solide) * ( vitesse du solide)²

Mais j'ignore comment trouver T car je n'ai aucune indication pour k

- Pour l'intensité lorsque le parachute est stabilisé, étant donnée que l'accélération est égale à 0, alors les forces se compensent. Donc l'intensité est égale à 0

Posté par
odbugt1
re : Forces exercées au cours d'une chute 03-01-18 à 14:42

Je suppose dans ce qui suit que tu as posté l'énoncé dans son intégralité.

Voici quelques indications qui me sont venues à l'esprit :

Une chute est libre si l'accélération est égale à l'accélération de la pesanteur.
Je n'ai rien trouvé dans l'énoncé qui permette de dire jusqu'à quand la chute puisse être considérée comme libre.

Si on considère la phase 1 : durée 10s / Vitesse de 0 à 50m/s on peut calculer une accélération moyenne car rien ne permet d'affirmer que cette accélération est constante
a = ( 50 - 0 ) / 10 = 5m/s²
On est loin de la chute libre.
Donc dans cette phase on a plutôt une chute dans laquelle en plus du poids, il faut considérer la résistance de l'air.

Phase 2 : Mouvement rectiligne uniforme.
Le poids \vec P est compensé par la résistance de l'air \vec R


Phase 3 : Ouverture du parachute. On peut à nouveau calculer l'accélération moyenne pendant cette phase.
a' = (5-50)/(18-15) = - 15m.s-2

Phase 4 : L'énoncé est incohérent car il indique une vitesse de 5m/s à la date 18s en fin de phase 3 et de 10m/s à cette même date de 18s en début de phase 4

Phase 1 et phase 3 : L'énoncé indique mouvement "accéléré" ( phase 1 ) puis "décéléré" (phase 3) mais pas
" uniformément accéléré " ou "uniformément retardé"
On est tenté d'appliquer la 2e loi de Newton à ces phases en  prenant pour accélération la valeur moyenne calculée mais c'est loin d'être rigoureux.

Posté par
J-P
re : Forces exercées au cours d'une chute 03-01-18 à 16:04

Gigi9041 @ 03-01-2018 à 12:22

Bonjour !
J'aurais besoin de votre aide pour cet exercice s'il vous plaît car je n'y arrive pas:

Énoncer :
     Le parachutiste et son équipement ont une masse totale m=80 kg. Sa trajectoire est constamment rectiligne tout au long du saut ( Poussée d'Archimède négligeable).
Phase du mouvement : 0s à 10s, sens du mouvement : vers le bas, évolution de la vitesse : croissante ( 0 à 50m/s), caractéristique du mouvement : rectiligne accéléré.
Phase du mouvement : 10s à 15s, vers le bas, stagnante ( 50m/s), rectiligne uniforme
Phase du mouvement : 15s à 18s, vers le bas, décroissante ( 50 à 5m/s), rectiligne décéléré
Phase du mouvement : 18s à 30s, vers le bas, stagnante ( 10m/s), rectiligne uniforme.

Question :
   On dit qu'un objet est en chute libre lorsque son accélération est égale à l'accélération de pesanteur g. Jusqu'à quel instant, le parachutiste peut-il être considéré en chute libre ?
  A quel instant le parachutiste ouvre-t-il son parachute ?
  Calculer l'intensité maximale de la force exercée par l'air lorsque le parachute est fermé
  Calculer l'intensité de la force exercée par l'air lorsque la vitesse du parachutiste est stabilisée, parachute ouvert.


Merci par avance de votre aide.


Erreur d'énoncé, les 2 valeurs en rouge doivent être identiques.

Jusqu'à quel instant, le parachutiste peut-il être considéré en chute libre ?

Le parachutiste n'est jamais en chute libre, il subit des frottements de l'air dès que sa vitesse n'est plus nulle (donc pendant toute le descente (excepté à l'instant t=0))
-----

A quel instant le parachutiste ouvre-t-il son parachute ?

A l'instant t = 15 s (expliquer pourquoi)
-----
Calculer l'intensité maximale de la force exercée par l'air lorsque le parachute est fermé

Entre les instants t = 10s et t = 15 s, le parachute est fermé, la vitesse est constante et donc la force de l'air compense exactement le poids du parachutiste équipé.

F(air) = m*g = 80 * 9,8 = 784 N, la force est verticale dirigée vers le haut.

C'est la force maximale exercée par l'air, parachute fermé. En effet, dans la phase où il y a accélération (vers le bas), la force de l'air ne compense que partiellement le poids du parachutiste, c'est la raison pour laquelle, il y a accélération vers le bas.
-----
Calculer l'intensité de la force exercée par l'air lorsque la vitesse du parachutiste est stabilisée, parachute ouvert.

la vitesse est constante et donc la force de l'air compense exactement le poids du parachutiste équipé... on a donc aussi |F(air)| = 784 N (verticale, vers le haut)
-----
Mais ceci ne sert à rien si ce n'est pas compris ... et retenu.

Sauf distraction  

Posté par
Gigi9041
re : Forces exercées au cours d'une chute 03-01-18 à 16:30

Bonjour J-P,

Merci de votre réponse, en effet il doit y avoir une erreur dans l'énoncé.
J'ai compris ce que vous m'avez écrit excepté la chute libre. La descente du  parachutiste n'est donc pas une chute libre  lorsqu'il  ait sauté de l'avion ?

Merci encore j'ai tout compris !!

Posté par
J-P
re : Forces exercées au cours d'une chute 03-01-18 à 19:57

C'est une chute libre si la seule force qui agit sur le sauteur est son poids.
Dans ce cas, il subit une accélération = g (si proche de la Terre évidemment)

Ici, il y a une autre force que le poids qui agit sur le sauteur ... c'est la force de frottement entre l'air et le sauteur.
Ce n'est donc pas une "chute libre", l'accélération que le sauteur subit n'est pas g

Posté par
Gigi9041
re : Forces exercées au cours d'une chute 03-01-18 à 22:50

A d'accord je comprend mieux, encore merci !



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