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Système : la bille Bilan des forces : Poids, poussé d'Archimède et force de frottement fluide ➢ ⇔+Π+=

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À partir d'un enregistrement vidéo et de son traitement par un logiciel approprié, nous allons étudier la chute verticale sans vitesse initiale d'une bille dans des 

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L'ensemble pourra être filmé pour une analyse numé- rique et la mise en évidence d'une force de frottement fluide proportionnelle à la vitesse en utilisant la mé-

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Comment évolue la vitesse de la bille lors de sa chute (Est-elle constante ou non ?) On pose délicatement la bille au niveau de la graduation 250 mL (la bille 

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V est grand, plus la vitesse limite VL est grande f La valeur du coefficient de frottement fluide L'étude des graphes des chutes de billes permet d'obtenir la valeur 

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1 déc 2017 · Viscosimètre à chute de bille Objectifs ⊳ Proposer et mettre en œuvre un protocole de mesure des frottements fluides ⊳ Mesurer une vitesse 

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I Chute d'une bille dans un fluide visqueux Objectifs : — Réaliser une mesure de coefficient de frottement — Estimer la viscosité d'un fluide I 1 Expérience

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27 fév 2016 · B Chute dans un liquide visqueux : mesure d'un coefficient de viscosité (barème sur 25 points) On considère une bille d'acier de masse 

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Dans le cas du fluide étudié, la force de frottement est proportionnelle à la vitesse de chute de la bille : f о = –6πηr v о où η est la viscosité de la glycérine 1 5 1

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Classe de TS TP N°7

Physique

Prof 1

TP N°7-PROF :

ETUDE DE LA CHUTE D"UNE BILLE DANS UN LIQUIDE.

RESOLUTION DE L"EQUATION DIFFERENTIELLE PAR UNE

METHODE ITERATIVE

I Acquisition de la chute de la bille :

1) Manipulation :

Vidéo : voir dossier vidéo méca chute bille eau+glycérine

Pour calculer et afficher la courbe v

exp=f(t) :

Au début, la vitesse augmente pratiquement proportionnellement au temps et assez rapidement ; puis à

partir du milieu de l"acquisition, l"augmentation fléchit jusqu"à ce que la vitesse atteigne une valeur

limite.

II Modélisation de la chute de la bille :

1) Résolution de l"équation différentielle du mouvement par la méthode d"Euler :

a. A propos de l"équation différentielle :

Référentiel : le sol sur lequel est posé l"éprouvette. Système : la bille. Bilan des forces : Poids, poussé

d"Archimède et force de frottement fluide. Û+P+=´=´=SfPdt vdmamFG G zzvkgVgmfPdt dvm´-´´-´=-P-=´"r Alors gVmvkdt dvm´´-+´-=´)"(r Donc bvamVgvmk dtdv+´=) ((-+´-="1 r On a donc : a = - m k et b = ) ((-mVg "1r On sait que l"on atteint la vitesse limite lorsque dv/dt = 0 donc quand : bva+´=lim0 D"où on peut écrire que a = limvb- Or k = - m×a donc k = limvbm

Classe de TS TP N°7

Physique

Prof 2 Si on choisit tdsuffisamment petit, on peut écrire : bavtv+=d d et tbavvdd´+=)(

Donc v(t +

td) = v(t) + δv = v(t) + (a×v(t) + b)× td b. Mesure des paramètres nécessaires à la résolution : Masse de la bille : m = 5.72 g Rayon de la bille : r = 0.815 cm et V = 4/3pr3 = 2.27*10-6 m3 = 2.27*10-3 L Masse volumique du liquide :

On prend une éprouvette graduée, on la pose sur une balance. On tare la balance puis on verse 50 mL du

liquide dont on doit déterminer la masse volumique. On relève la masse obtenue puis on effectue le

calcul :

LgcmgV

mliq/1180/18.150

01.59"3====r

Calcul de b : b = ) -mVg"1r = 9.81×))

72.510*27.2*11801

3 = 5.22

On trouve la valeur de la vitesse limite sur le graphique vexp=f(t) : vlim = 40 cm/s et donc on calcul :

a = 05.1340.022.5 lim -=-=-vb c. Résolution proprement dite avec Généris : Ces calculs ont été faits avec les valeurs suivantes : a = - 14.8 ; b = 6.36 et td= 0.02

2) Questions :

b. La valeur de vlim est de 43 cm/s. Pour le temps caractéristique on trouve : tc = 6.8*10-2 s

Calcul de t"

Calcul de v" par Euler

Régime

transitoire

Régime

permanent b. Les deux courbes vexp et vth se correspondent, il y a plus de points aberrants sur la courbe expérimentale. c. Puisque la relation v(t +dt) = v(t) + (a´v(t) + b) ´ dt est d"autant plus vraie que le pas de calcul est petit, les résultats de la modélisation seront d"autant plus précis.quotesdbs_dbs29.pdfusesText_35