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physique mouvements de chutes verticales

Posté par
houna30
22-03-08 à 18:38

bonjour a tous j'aimerai un petit peu d'aide svp pour un exercice de physique sur les mouvements de chutes verticales voici l'exercice:

un élève laisse tomber une bille en verre de rayon r=0.8cm dans l'eau d'une piscine. la profondeur de la piscine est h=1.70m, il trouve que la durée de la chute est voisine de 2.5s. données: masse volumiques: eau=1000kg.m^-3 verre=2500kg.m^-3 masse de la bille m=5.4g
1) effectuer le bilan des forces agissant sur la bille et l'équation différentielle du mouvement. la valeur de la force de frottement fluide: F= k.v² avec k=0.045 unitéS.I
2) a partir de l'équation différentielle, exprimer, avec des coefficients numeriques, la variation V de la vitesse pour un accroissement (ou un pas) t=0.010s

voila en vous remerciant

Posté par
Minisep
re : physique mouvements de chutes verticales 22-03-08 à 18:43

1] Pour le bilan des forces, je suppose que tu t'en es sorti, poids et frottements.
Ensuite pour trouver l'équation différentielle du mouvement, pense à utiliser la 2ème loi de Newton.

Posté par
Minisep
re : physique mouvements de chutes verticales 22-03-08 à 18:45

Sans oublier la fameuse poussée d'Archimède...

Posté par
houna30
re: physique mouvements de chutes 22-03-08 à 18:52

à minisep
pour le bilan des forces j'ai la poussée d'archimède le poids ainsi que la force de frottement ensuite pour l'équation différentielle j'ai trouvé:
g(1-(fluide/objet))=(k/m)+(dV/dt)
mais je sais si c'est ça

Posté par
Minisep
re : physique mouvements de chutes verticales 22-03-08 à 18:59

Il doit manquer un terme en v² pour l'expression de F.

Posté par
houna30
re: physique mouvements de chutes verticales 22-03-08 à 19:04

a oui je l'avais oublier   
g(1-(fluide/objet))=(k/m)V²+(dV/dt)
et après je sais pas comment démarrer
si t'as une idée tu peux m'en faire part merci

Posté par
Minisep
re : physique mouvements de chutes verticales 22-03-08 à 19:18

Utiliser la méthode d'Euler me semble être la meilleure solution.

Tu as dv/dt = a, l'accélération.
À la date tn, an = g(1-(fluide/objet)) - (k/m)vn².

En considérant que l'accélération a varie peut durant la durée t, utilise la méthode d'Euler pour trouver une relation entre vn+1 et vn.

Posté par
J-P
re : physique mouvements de chutes verticales 22-03-08 à 19:21

1)

Poids de la bille (verticale vert de bas)
Poussée d'Archimède de l'eau sur la bille (verticale vers le haut)
Force de frottement eau-bille (vertical vers le haut).

(4/3)Pi.r³*2500*g - (4/3)Pi.r³*1000*g - kv² = (4/3)Pi.r³*2500.dv/dt

(4/3)Pi.r³*1500*g  - kv² = (4/3)Pi.r³*2500.dv/dt

(4/3)Pi.0,008³*1500*g  - 0,045v² = (4/3)Pi.0,008³*2500.dv/dt

0,0322 - 0,045v² = 0,0054 dv/dt

dv/dt + 8,33 v² = 6
-----

2)

Delta V = (6 - 8,33v²) * 0,01

Delta V = 0,06 - 0,00833v²
-----
Sauf distraction.  

Posté par
houna30
re: physique mouvements de chutes verticales 22-03-08 à 19:21

ok je vais essayer la méthode d'Euler
merci pour ton aide

Posté par
houna30
re: physique mouvements de chutes verticales 22-03-08 à 19:45

à J-P
je sais pas si c'est moi qui fait une erreur mais ici tu trouves ce résultat:
Delta V = 0,06 - 0,00833v²

moi je trouve:
Delta V = 0,06 - 0,0833v²

8.33*0.01=0.0833   et pas 0.00833

voila c'est tout
pour le reste merci
et maintenent je dois trouver une relation entre Vn à l'instant t[/sub]n =t[sub]n+1 +t et la vitesse Vn-1 a l'instant t[sub][/sub]n-1

merci

Posté par
J-P
re : physique mouvements de chutes verticales 22-03-08 à 19:49

Oui, distraction, c'est:

Delta V = 0,06 - 0,0833v²

Posté par
J-P
re : physique mouvements de chutes verticales 22-03-08 à 19:58

V(n+1) = V(n) + Delta V

V(n+1) = V(n) +  (0,06 - 0,0833*(V(n))²)

V(n+1) = - 0,0833*(V(n))² + V(n) +  0,06

Avec Delta t = 0,01 s et V(0) = 0
-----
Sauf distraction.  

Posté par
houna30
re : physique mouvements de chutes verticales 22-03-08 à 20:07

ok merci J-P je comprend mieux l'exercice
mais je vois pas comment je pourrais la représenter graphiquement V(t)

Posté par
Minisep
re : physique mouvements de chutes verticales 22-03-08 à 22:44

Sur le graphe, tu places le temps t en abscisse et la vitesse en ordonnée. Ensuite, en considérant la vitesse initiale nulle, tu peux trouver la vitesse après 0,01 s grâce à la relation entre vn+1 et vn. En effet, si v0 = 0 m.s-1, alors v1 = 0,06 m.s-1. Et ainsi de suite. Sur ton graphe, tu auras un point tous les 0,01 s.

Tu peux aussi trouver la vitesse limite à l'aide de l'équation différentielle

Posté par
J-P
re : physique mouvements de chutes verticales 23-03-08 à 08:58

Pour le graphe, on peut se servir d'un tableur (Excel ou un autre)

On arrive à ceci :

physique mouvements de chutes verticales

Posté par
houna30
re : physique mouvements de chutes verticales 23-03-08 à 10:41

ok merci à tous les deux pour votre aide



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