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Appliquer la deuxième loi de Newton à un corps en chute verticale dans un fluide et établir Rq : La bille étant totalement immergée dans le fluide eau,

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(eau) ρ ρ d = La densité d est sans unité 1 3 La force de frottement fluide L' expérience ( cf TP ) montre que la vitesse de chute v d'un objet lâché sans 

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Comment évolue la vitesse de la bille lors de sa chute (Est-elle constante ou non ?) On pose dans l'eau finit par se stabiliser au bout d'un certains temps

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On désire observer la chute d'une bille d'acier dans l'air On donne la densité de l'acier égale 7,8 et la viscosité de l'eau η = 10-3 Pl (Poiseuille = Pa s en USI)

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Déterminer les vitesses limites de chute de billes d'acier, d'aluminium et d'un d' un objet lâché sans vitesse initiale dans une éprouvette remplie d'eau

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poussée d'Archimède, une bille d'acier coule dans l'eau Dans le cas particulier d'un solide en chute verticale dans un fluide, la force de frottement f a les 

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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