Chute libre et chute avec résistance de l'air
PhysiqueCinématique15–16 ansLaboratoire virtuel
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À suivre dans Cinématique
Deux objets de masses et de sections différentes sont lâchés ensemble de la même hauteur. Sans frottement de l'air, ils touchent le sol en même temps, v = gt. Avec la résistance de l'air, l'objet le plus léger, plus freiné, atteint sa vitesse limite et tombe plus lentement. Le graphique v(t) et la distance parcourue se mettent à jour en temps réel. Un écran Laboratoire mesure g avec un électroaimant et des cellules photoélectriques (le coefficient directeur de 2h en fonction de t² vaut g) et modélise les données v(t) de filtres à café par un frottement linéaire (bv) ou quadratique (cv²).
Leçon : Chute libre
Ce qu’elle montre
Sans air, tous les objets tombent avec la même accélération g quelle que soit leur masse : v = gt et la durée de chute t = √(2h/g) est identique pour un objet lourd et un léger. Dans l'air, les frottements s'opposent au mouvement ; la sphère la plus légère a un rapport surface/masse plus grand, atteint une vitesse limite plus faible et arrive plus tard. L'écran Laboratoire en fait des TP : chronométrer une bille d'acier entre un électroaimant et une cellule photoélectrique à plusieurs hauteurs donne g comme coefficient directeur de 2h en fonction de t², et lâcher des filtres à café empilés montre si les données suivent F = bv ou F = cv².
Mode d’emploi
Désactivez Activer la résistance de l'air, cliquez sur Relâcher et comparez les instants d'arrivée et les droites v(t) de l'objet 1 et de l'objet 2 ; activez-la ensuite et recommencez. Sur l'écran Laboratoire, choisissez g par cellules photo, réglez Hauteur de chute h, cliquez trois fois sur Couper l'électroaimant à chaque hauteur et lisez g sur le graphique. Ou choisissez Frottements : filtres à café, lâchez de 1 à 8 filtres, cliquez sur Enregistrer à chaque chute et comparez les graphiques en fonction de m.
Paramètres modifiables
- Hauteur de chute 5–120 m
- Accélération de la pesanteur 1,6–11 m/s²
- Masse de l'objet 1 0,05–10 kg
- Masse de l'objet 2 0,05–10 kg
- Activer la résistance de l'air
- Écran Lâcher deux objets, Laboratoire
- Expérience (écran Laboratoire) Mesurer g avec des cellules photoélectriques, Frottements sur des filtres à café
- Hauteur de chute jusqu'à la cellule h (Laboratoire) 0,1–1,5 m
- Nombre de filtres à café empilés n (Laboratoire) 1–8
Questions à explorer
- Pourquoi une plume et une bille d'acier tombent-elles aussi vite dans le vide ?
- Quand un objet atteint sa vitesse limite, comment la force de frottement se compare-t-elle à son poids ?
- Si la hauteur de chute est multipliée par quatre, par combien la durée de chute libre est-elle multipliée ?
Idées pour la classe
Tous les guides- Prédire, observer, expliquer avec des simulationsPrédire, observer, expliquer avec des simulations : faites verrouiller les prédictions, lancez l'expérience, discutez de l'écart. Exemple complet et consignes.
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