Exercices sur les concepts de physique 9 , Exercices de Concepts de physique
Eleonore_sa
Eleonore_sa8 May 2014

Exercices sur les concepts de physique 9 , Exercices de Concepts de physique

PDF (311.0 KB)
3 pages
71Numéro de visites
Description
Exercices de physique sur la chute d’une bille dans un fluide visqueux. Les principaux thèmes abordés sont les suivants: Exploitation de l'enregistrement, Équation du mouvement, l’équation différentielle, Détermination d...
20points
Points de téléchargement necessaire pour télécharger
ce document
Télécharger le document
Exercice 3 Chute d'une bille dans un fluide visqueux 4 points

Pondichéry 2009 EXERCICE 3 Chute d’une bille dans un fluide visqueux (4 points)

Une éprouvette contenant un liquide visqueux sert de support à l’étude de la chute d’une bille d’acier. Le schéma ci-dessous, qui donne une idée du montage, n’est qu’indicatif. En particulier, il ne respecte pas d’échelle et ne peut pas servir de support pour des mesures. La bille, qui constitue le système étudié, est lâchée sans vitesse initiale à l’instant t = 0 (voir figure 1). Au même instant, une acquisition vidéo assurée par une webcam couplée à un ordinateur est déclenchée de manière à enregistrer 25 images par seconde. La position instantanée x du centre G de la bille est repérée par l’axe vertical orienté

vers le bas Ox , de vecteur unitaire i . A t = 0, G est en G0.

Le vecteur-vitesse de G est noté .v v i  .

La vidéo est ensuite analysée à l’aide d’un logiciel approprié qui permet de repérer aux dates ti les positions successives xi de G lors de son mouvement descendant et de calculer approximativement la vitesse moyenne vi entre les dates t i - 1 et t i + 1. La détermination des vitesses vi aux instants ti donne l’ENREGISTREMENT 1. 3.1. Exploitation de l’enregistrement

3.1.a Expliquer comment le logiciel permet de déterminer les vitesses vi à partir des positions x i aux instants t i .

3.1.b Mettre en évidence l’existence d’une vitesse limite VL dont on donnera la valeur.

0

x

G0

G1

Gi

FIGURE 1

3.2. Equation du mouvement

On considère comme système la bille plongée dans le liquide et en mouvement par rapport à celui-ci. 3.2.a Faire le bilan des forces qui s’exercent sur le système. Les représenter sur un schéma.

3.2.b On note m et V la masse et le volume de la bille,  et ’ les masses volumiques respectives de l’acier qui constitue la bille et du liquide dans

laquelle celle-ci est plongée. . g g i  est l’accélération de la pesanteur.

On suppose que la force (« résistance ») exercée par le fluide sur la bille en

mouvement est de la forme . F k v   , k étant une constante positive.

Déterminer l’équation différentielle vérifiée par la fonction v(t). Montrer qu’elle est de la forme :

dv k.v .g

dt m

   

3.2.c Vérifier que la fonction . . . m k

v(t) αg 1 exp .t k m

       

   est solution de

l’équation précédente et vérifie la condition initiale : à t = 0, v = 0. On prend dorénavant les valeurs suivantes, données dans le système international S.l. :

m = 5,00.10 –3 kg ; g = 9,81 m.s -2 ; k = 7,60.10 –2 kg.s-1 ;  = 0,906.

3.2.d Dans l’équation différentielle ou dans l’expression de la solution, mettre en évidence l’existence d’une vitesse limite. Calculer sa valeur et la comparer à celle trouvée en 3.1.b.

Utiliser l’analyse dimensionnelle pour déterminer l’unité de m

k .

Calculer numériquement ce rapport. Quelle interprétation peut-on donner de cette grandeur ?

3.3. Détermination du temps caractéristique sur l’enregistrement Par une méthode de votre choix et que vous expliciterez, déterminez sur

l’enregistrement la valeur du temps caractéristique du phénomène. Conclusion.

commentaires (0)
Aucun commentaire n'a été pas fait
Écrire ton premier commentaire
Ceci c'est un aperçu avant impression
Chercher dans l'extrait du document
Docsity n'est pas optimisée pour le navigateur que vous utilisez. Passez à Google Chrome, Firefox, Internet Explorer ou Safari 9+! Téléchargez Google Chrome