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Physique vol parabolique de l'airbus A310

Posté par
Fan2000
04-01-18 à 17:01

Voilà le sujet de mon devoir:

Doc 1: trajectoire parabolique de l'A310 Zero-G
pour que les passagers et le matériel embarqués dans l'airbus A310 Zero G soient en apesanteur dans le référentiel de l'avion, et qu'ils se mettent à y flotter, il faut que l'avion soit en chute libre, c'est a dire que la seule force qui s'exerce sur lui soit le poids.

Doc 2: caractéristiques du vol parabolique
Angle a: 47°
Altitude au départ et fin de la parabole: 7600m
vitesse au début de la parabole : 527km.h^-1
Altitude au sommet de la parabole : 8200m
vitesse au sommet de la parabole: 355km.h^-1
durée d'apesanteur : 22s

Données:
masse A310 et équipement : 1,5.10^5 kg
constante de gravitation universelle : 6,67.10^-11 m^3.kg^-1.s^-2
intensité du champ de pesanteur : 9,81 N.kg^-1
Mterre=5,97.10^24kg
Rayon de la terre = 6,38.10^6 m

on se place dans le référentiel terrestre

On etudie le mouvement dans le repère xOy, le point O étant le début de la parabole.

Questions:
1) Enoncer la 2eme loi de Newton
2) Montrer que les équations horaires x(t) et y(t) d'un système en chute lieront pour expressions : x(t)=v0.cos(a).t
et y(t) =-1/2. g . t^2 + v0 . sin(a).t

3) en exploitant les équations horaires, calculer la durée d'apesanteur
4) Ce resulat est-il cohérent avec la donne du document 2 ?
5) Quels paramètres faut-il modifier pour augmenter la durée d'apesanteur ?
6) d'après vous, cela vous semblerait-il possible ?

Fin du sujet

Voilà où j'en suis dans la compréhension du sujet:
1) la 2ème loi de newton dit que Somme des forces extérieures = d(vecteur quantité de mouvement(p))/dt

2)On sait que si l'avion est en chute libre, alors la seule force qui s'applique est le poids donc:
Sommes des forces exterieures= vecteur Poids(P)
donc P= d(p)/dt= d(m.v)/dt
P=m.vecteur(g)
donc m.vecteur(g)=m.dv/dt
vecteur(g)=vecteur(accélération)
Le problème c'est qu'il faut intégrer en fonction de x d'une part et en fonction de y de l'autre part, je sais comment intégrer mais je ne sais pas comment "diviser" l'équation pour x et pour y.

J'ai trouvé sur un autre site que
vecteur(a)  de coordonnées ( 0;-g)
vecteur (v) de coordonnées ( v0.cos(a) ; -g.t+v0.sin(a)
mais je ne sais pas l'expliquer, je ne comprends pas comment le cosinus et le sinus interviennent là-dedans

3) j'ai essayé de répondre à cette question mais je ne vois pas comment calculer la durée d'apesanteur.  

Je sais que je ne suis pas très avancée, d'habitude je n'ai pas autant de mal avec la physique. Je dois rendre ce devoir pour le 8 janvier, merci de me répondre rapidement.

Posté par
picard
re : Physique vol parabolique de l'airbus A310 04-01-18 à 19:34

BONJOUR, c'est toujours mieux de commencer ainsi, et puis, c'est inscrit au règlement du site...

Citation :
Le problème c'est qu'il faut intégrer en fonction de x d'une part et en fonction de y de l'autre part, je sais comment intégrer mais je ne sais pas comment "diviser" l'équation pour x et pour y.
C'est bien mal dit tout ça.

Il faut successivement exprimer les coordonnées cartésiennes des vecteurs \vec{a},  \vec{v} et  \vec{OM} ; l'intégration des coordonnées de \vec{a}, par rapport au temps, donne les coordonnées de \vec{v} ; l'intégration des coordonnées de \vec{v}, par rapport au temps, donne les coordonnées de \vec{OM}

Je vous détaille le passage de \vec{a} à \vec{v} et vous vous débrouillerez pour la suite.

\vec{a} = \vec{g}          a_x = 0    et    a_y = -g    (le signe - vient de ce que  \vec{g} est dirigé vers le bas et que l'axe  \vec{Oy} est dirigé vers le haut.


Comme, par définition,   \vec{a} = \dfrac{d\vec{v}}{dt}    il faut intégrer l'accélération pour avoir la vitesse.

Puisque   a_x = 0  on aura   v_x = K_1       K_1   est une constante qui sera déterminée ensuite.

Puisque   a_y = - g  on aura   v_y = - g t + K_2       K_2   est elle aussi une constante d'intégration.

La détermination de   K_1  et celle de K_2     se fait en prenant en compte les conditions initiales.

A t= 0, la vitesse initiale est   \vec{v_0}   ; les composantes de    \vec{v_0}   sont
   \vec{v_{0x}}   et    \vec{v_{0y}}    (cf schéma joint)

Les coordonnées de    \vec{v_{0x}}   et    \vec{v_{0y}}   sont...

v_{0x} = v_0 cos \alpha       remarquez sur la figure que    \vec{v_{0x}}   est le coté adjacent à l'angle   \alpha   dans le triangle rectangle d'hypoténuse    \vec{v_{0}}   ; c'est de là que vient le   cos \alpha !

.
v_{0y} = v_0 sin \alpha       remarquez sur la figure que    \vec{v_{0y}}    est le coté opposé à l'angle   \alpha   dans le triangle rectangle d'hypoténuse    \vec{v_{0}}   ; c'est de là que vient le   sin \alpha !


Or, à tout instant t, on a...

v_x = K_1      et, comme à t = 0     v_{0x} = v_0 cos \alpha    on doit avoir  v_x = K_1 = v_{0x} = v_0 cos \alpha      soit :     K_1 = v_0 cos \alpha    
Finalement, on pourra écrire, à tout instant t :     v_{x} = v_0 cos \alpha

De même, à tout instant t...
v_y = - g t + K_2       et, à t = 0     v_{0y} = v_0 sin \alpha
on doit donc avoir     v_y = - g \times 0+ K_2 = v_0 sin \alpha       soit :       K_2 = v_0 sin \alpha  
Finalement, on pourra écrire, à tout instant t :     v_{y} = - g t + v_0 sin \alpha



La détermination des coordonnées du vecteur position se fait en procédant de la même manière...

A plus.

Physique vol parabolique de l\'airbus A310

Posté par
Fan2000
re : Physique vol parabolique de l'airbus A310 04-01-18 à 19:54

Bonjour, tout d'abord merci pour cette réponse si rapide et qui m'aide énormément.  Je m'excuse d'avoir oublié le Bonjour en début de post, je ne suis pas très familière avec la charte du site.
J'aurais juste aimer comprendre pourquoi le cosinus et le sinus de l'angle a interviennent. Comment êtes vous arrivé à la conclusion que v0x = v0.cos(a) ?
Merci d'avance

Posté par
picard
re : Physique vol parabolique de l'airbus A310 04-01-18 à 20:32

Dans un triangle rectangle, on a :   cosinus = côté adjacent / hypoténuse et sinus = côté opposé / hypoténuse.  
Si vous regardez le schéma, vous pouvez voir que \vec{v_0}     \vec{v_0x}   et      \vec{v_0y}   forment deux triangles rectangles contenant chacun l'angle \alpha.

C'est en utilisant les deux définitions que je viens de vous rappeler qu'on obtient les expressions qui vous posent problème.

Posté par
Fan2000
re : Physique vol parabolique de l'airbus A310 06-01-18 à 16:33

Merci beaucoup, je vais pouvoir faire ce devoir maintenant

Posté par
picard
re : Physique vol parabolique de l'airbus A310 06-01-18 à 17:00

Bon courage !

Profitez quand même des dernières heures de vacances...



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