frottements avec l'air qu’en dit la NASA (2009 Métropole ; 5,5 points) énoncé
1. vidéo
Le vecteur champ de pesanteur 
est
Un champ de
pesanteur est uniforme quand on peut considérer qu'il garde ses 3
caractéristiques (sens, direction, norme) identiques.
Espace où règne un champ
uniforme:
2. vidéo
Poussé d’Archimède :
direction : verticale
sens : vers le haut
norme : 
point d’application : centre d’inertie G du système
3. vidéo Etude mécanique :
Système : ballons de baudruche
Référentiel : terrestre supposé galiléen
Forces :
Poids : 
Poussée d’Archimède : 
Force de frottement : 
seconde loi de Newton appliquée au premier modèle de
force : :
a = dV/dt (attention a = az
coordonnée du vecteur accélération sur l’axe des z et v = vz
coordonnée de la vitesse sur l’axe des z)
Avec le second modèle de force il suffit de
remplacer la coordonnée de la force f1 par celui de f2 :
4.1. À t = 0 , les
ballons ont une vitesse initiale nulle, v(0) = 0 m.s-1
modèle 1 :
4.2. vidéo
Graphiquement a0 est le coefficient directeur de la tangente à la
courbe v(t) à t = 0 .
On prends 2 points de la tangente :
M1 (t1 = 0 s ; v1
= 0 m.s-1)
M2 (t2 = 0,2 s ; v2
= 1,2 m.s-1)
4.3.Calcul
de ao :
ao = 6,1 m.s-2
5.1.
Graphiquement
la vitesse limite correspond à l’asymptote horizontale du graphe v(t) :
vlim = 2,7 m.s-1
5.2. vidéo
Pour v = vlim = constante dV/dt
= 0
5.3.
Calcul de vlim1
5.4. vlim,2 = 2 m.s-1 ; vlim,1 = 7´102
m.s-1 ;
graphiquement vlim = 2,7 m.s-1. Cette valeur est plus proche du modèle 2 que du
modèle 1 :
le second modèle de force est le mieux adapté.
6.1. Formes d’énergies que possède
la navette :
-l’énergie cinétique
-l’énergie potentielle de pesanteur .
6.2. Les deux grandeurs physiques
sont l’énergie (« 2 terajoules ») et la puissance (1
« mégawatt »).
6.3. vidéo m =
70 t = 70´103 kg; vi
= 28 000 km.h-1 = 28 000x103 / 3600 m.s-1 ; vf = 400 km.h-1
= 400x103 / 3600 m.s-1
DEc = ½.m.v²f – ½.m.v²i = ½.m(v²f
– v²i)
DEc
= – 2,1x1012 J = -2,1 TJ
La
variation d’énergie correspond à la valeur donnée par l’élève mais pas celle de
la puissance.