Exercitations de physique avancée 9 - correction, Exercices de Physique Avancée
Eleonore_sa
Eleonore_sa9 May 2014

Exercitations de physique avancée 9 - correction, Exercices de Physique Avancée

PDF (253.4 KB)
2 pages
490Numéro de visites
Description
Exercitations de physique avancée sur les laboratoires en impesanteur - correction. Les principaux thèmes abordés sont les suivants: Le vol parabolique de l'airbus "A300 zéro G", Caractéristiques du mouvement de la stati...
20points
Points de téléchargement necessaire pour télécharger
ce document
Télécharger le document
Exercice 1: Laboratoires en impensateur (6,5 points)

Bac S Pondichéry 2012 Correction

EXERCICE 1 : Laboratoires en impesanteur (6,5 points) 1ère partie : Le vol parabolique de l'airbus "A300 zéro G" 1.1. Le mouvement de l’avion, de masse m, est étudié dans le référentiel terrestre supposé

galiléen. Pendant la phase de chute libre, l’avion n’est soumis qu’à la force de pesanteur,

c’est-à-dire à son poids P m.g . La deuxième loi de Newton, appliquée au centre

d’inertie G de l’avion d’accélération a , donne :

P m.a  mg m.a  g a

En projection dans le plan xOz, avec l’axe Oz orienté vers le haut : X X

Z Z

a g 0 a

a g g

     

1.2.1. On a : dv

a dt  alors :

X X

Z Z

dv a 0

dt a

dv a g

dt

  

     

soit en primitivant X

Z

v (t) Cte1 v

v (t) g.t Cte2

 

  

D’après les conditions initiales 0v(0) v donc 0

0

Cte1 v .cos

0 Cte2 v .sin

     

et finalement : X 0

Z 0

v (t) v .cos v

v (t) g.t v .sin

  

   

1.2.2. Avec  = 47° , g = 9,8 m.s2 et v0 = 600 km.h1 = 600 1000

3600

 = 167 m.s1, on a :

2

X

2

Z

v (t) 167 cos47 114 1,1 10 v

v (t) 9,8t 167 sin47 9,8t 122 9,8t 1,2 10

      

          

en conservant 2 chiffres significatifs. 1.3.1. Au somment S de la trajectoire, le vecteur-vitesse de l’avion est horizontal. Ainsi vZ = 0 en S.

1.3.2. Soit tS la durée de la phase ascendante, alors : vZ(tS) = 0 donc – g.tS + v0.sin = 0

Finalement : 0S v .sin

t g

  ;

S 600 1000 sin47

t 3600 9,8

  

 = 12 s. Valeur non arrondie stockée en mémoire

La durée de la phase ascendante de chute libre de l’avion est d’environ 12 s.

1.4.1. On a : dOG

v dt

 donc

2

X

2

Z

dx v (t) 1,1 10

dt v

dz v (t) 9,8.t 1,2 10

dt

   

       

soit en primitivant 2

2 2

x(t) 1,1 10 .t Cte'1 OG

z(t) 4,9.t 1,2 10 .t Cte'2

    

    

Comme 30OG(0) z .k 8,0 10 .k   où k est le vecteur unitaire porté par l’axe Oz, il vient :

3

0 0 Cte'1

8,0 10 0 0 Cte'2

  

   

Finalement : 2

2 2 3

x(t) 1,1 10 .t OG

z(t) 4,9.t 1,2 10 .t 8,0 10

   

     

1.4.2. On a : zmax = z(tS) =  4,9.tS2 + 1,2102.tS + 8,0103

zmax =  4,9(12,438)2 + 1,210212,438 + 8,0103

zmax = 8,76103 m = 8,8 km. calcul effectué sans aucun arrondi intermédiaire Cette valeur est bien compatible avec la valeur de 8,7 km fournie dans l’extrait du document scientifique. 2ème partie : Caractéristiques du mouvement de la station ISS

2.1. La force F d’attraction gravitationnelle exercée par la Terre sur la station ISS est appliquée sur la station et est orientée vers la Terre.

La norme de cette force est :  

T

2

T

m.M F G.

R z 

2.2. La deuxième loi de Newton, appliquée à la station ISS dans le référentiel géocentrique donne :

F m.a

En prenant la norme de chaque membre de l’égalité vectorielle il vient : F = m.a

soit  

T

2

T

m.M G. m.a

R z 

et finalement :  

T

2

T

G.M a

R z 

Comme F m.a , le vecteur-

accélération a est colinéaire et de même sens ( m > 0 ) que

le vecteur F .

2.3.1. On a :  

2 2

T

v v a

r R z  

 et

  T

2

T

G.M a

R z 

 donc

   

2

T

2

T T

G.Mv

R z R z 

 

 

2 T

T

G.M v

R z 

 finalement la norme du vecteur vitesse est :

  T

T

G.M v

R z 

(On ne garde que la solution positive).

2.3.2.  

11 24

3 2 3

6,67 10 6,0 10 v

6,4 10 3,5 10 10

   

    = 7,7 103 m.s1 = 7,7 km.s1.

en ayant converti les longueurs en mètres. 2.3.3. Le satellite a un mouvement circulaire et uniforme, de rayon RT + z à la vitesse v.

La période de révolution T du satellite est telle que :  T2 R z

v T

   .

Donc :  T2 R z

T v

   .

2.3.4.  3 2 3

3

2 6,4 10 3,5 10 10 T

7,7 10

     

 = 5,5103 s.

En 24 h soit 243600 = 86 400 s, la station ISS effectue 3

86400

5,5 10 = 15,7 soit près de 16

révolutions chaque jour. 3eme partie : Comparaison : Dans la station ISS, l’état d’impesanteur est permanent alors qu’il ne dure que 25 secondes environ dans les vols paraboliques de l'airbus A300 Zéro-G.

F a

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