[PDF] DEVOIR 3 CNED SECONDE PHYSIQUE-CHIMIE 1.

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CNED SECONDE PHYSIQUE-CHIMIE 1

DEVOIR 3

Veuillez réaliser ce devoir après avoir étudié la séquence 3. La calculatrice est autorisée.

La rédaction devra être soignée.

Les calculs devront faire apparaître les

relations (ou expressions littérales). Le

14 octobre 2012, Felix Baumgartner est devenu le premier homme à monter à près de 40 000 mètres

d'altitude et à sauter pour revenir sur Terre après une chute libre suivie par une descente en parachute.

Le saut a été effectué depuis une nacelle à une altitude exacte de 38,969 km et a duré neuf minutes et deux

secondes. Lors du saut, Baumgartner a atteint une vitesse de pointe de 1332 km.h-1

Au cours de la première phase du mouvement, sous l'effet de la gravitation, il tombe verticalement avec des

frottements de l'air négligeables (nuls). Lors du passage dans une zone de l'atmosphère plus dense, la valeur de la vitesse de son corps augmente de

moins en moins vite jusqu'à ce que la résistance de l'air équilibre son poids stabilisant ainsi la valeur de sa

vitesse pendant plusieurs secondes.

Ensuite la valeur de sa vitesse ne cesse de décroître et à 2600 m, au bout de 4 min et 20 secondes, lorsqu'il

déploie son parachute, sa vitesse continue de décroître régulièrement.

Enfin la valeur de sa vitesse se stabilise à nouveau au bout de 6 minutes de saut et il descend alors avec un

mouvement rectiligne jusqu'au sol pour se poser en douceur.

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Évolution de la valeur de la vitesse au cours des quatre premières minutes.

Un exemple de force de frottement fluide

Une force de frottement fluide est une force qui s'exerce sur un objet qui se déplace dans un fluide comme

l"air par exemple ; son point d"application est le milieu de la surface de contact entre l"objet et l"air.

Cette force dépend de la valeur de la vitesse relative v de l'objet dans le fluide et de la nature du fluide. On peut admettre que la force de frottement fluide qui s'exerce sur un objet a pour valeur : F = k v 2 avec F : valeur de la force de frottement en newton (N) v : valeur de la vitesse dans le fluide en mètre par seconde (m.s -1 k : coefficient de résistance de l'objet dans le fluide en kilogramme par mètre (kg.m -1 B G A

Photo 1 : Felix Baumgartner dans la

nacelle avant le saut

Photo 2 : Début du saut de Felix Baumgartner

Temps (s)

Vitesse (m.s

1

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Données :

- La masse du système " Baumgartner » constitué de l'homme avec sa combinaison est m = 110 kg.

- On considère que l'intensité de pesanteur est constante lors de son saut et vaut g = 9,81 N.kg

-1

1. Cet exploit aurait pu tourner au drame car Felix Baumgartner a failli s'évanouir au début du saut. Tout en

tombant verticalement, il a tourné sur lui-même pendant de longues secondes avant de parvenir à se

stabiliser.

Une caméra immobile sur Terre (au point A sur la photo 2) enregistre l"événement. Sur cette même photo 2,

on repère deux autres points : G (centre de gravité de Felix Baumgartner) et B (un point sur son pied gauche). Lorsque Felix Baumgartner a tourné sur lui-même, quelle était la trajectoire ; - du point G par rapport au point A ? - du point B par rapport au point G ?

Dans la suite de l"exercice, l"étude sera faite dans le référentiel terrestre et le système " Baumgartner » sera

assimilé au point G, centre de gravité du système.

2. Indiquer la nature du mouvement du système " Baumgartner » pour les quatre différentes phases du saut.

Deux adjectifs sont attendus à chaque fois pour qualifier le mouvement.

3. Calculer la valeur de la vitesse moyenne v

m de Felix Baumgartner lors du saut en km.h -1

4. Une des phases du saut a été enregistrée. Cela a permis de relever les positions G

1 , G

2, ...

du système

" Baumgartner » à des intervalles de temps ɒ= 1,0 s égaux. Voici la chronophotographie obtenue :

Échelle : 1,0 cm mesuré représente en réalité 100,0 m.

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4.1. À quelle phase du saut la chronophotographie correspond-elle ? Justifier.

4.2. Déterminer la valeur v

4 du vecteur vitesse de Felix Baumgartner quand il est au point G 4 en m.s -1

4.3. Représenter le vecteur vitesse v

4 4

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