difficulté avec un exercice sur les forces

[invite8fa6d0ae]

Bonjour,

Je suis actuellement en première S et je rencontre un petit problème avec un exercice sur le mouvement dans un fluide.

Voila l'exercice en question :

Des élèves proposent de comparer les chutes verticales dans l'huile de deux billes de même diamètre, mais de atériaux différents. Les billes sont lachées au même instant à la surface des liquides. les chutes des billes sont chrono-photographiées. La durée entre 2 clichés est de 140ms.

1) Répertorier les actions mécaniques qui s'exercent sur une bille lors de sa chute en précisant "action exercée par...sur...."et en indiquant si ces actions s'exercent par contact ou à distance, si elles sont localisées en un point ou réparties en surface ou en volume.

J'ai trouvé deux actions :

- action exercée par la terre sur la bille à distance répartie en volume

- action exercée par le liquide sur la bille par contact en surface

2) L'action exercée par le liquide sur une bille peut être modélisée par deux forces :

- la poussée d'Archimède ;

- une force de frottement visqueux

Schématiser la situation et représenter les forces appliquées à chacune des billes.

Pourriez vous m'aider s'il vous plait

merci d'avance
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[sitalgo]

Tout ce que tu as dit est bon.
Comment as-tu fait le schéma ?

[invite8fa6d0ae]

Justement je ne sais pas comment faire le schéma?

pourriez vous m'aider s'il vous plait

Merci

[sitalgo]

Tu dessines deux billes avec la résultante des différentes forces sur chacune.
Par ex tu as dit que la force de gravité est répartie en volume mais là tu vas mettre la résultante, sinon ça va faire brouillon. Et comme les billes ont le même volume mais pas le même poids, ça fait quelques différences selon la force concernée.

[A voir en vidéo sur Futura]

[invite8fa6d0ae]

Je n'ai pas bien compris je dois dessiné une flèche vers le haut pour la poussée d'archimède une vers le bas pour le poids c'est ca. Si oui pourriez vous me dire de quelle longueur.. et la force de frottemnt je la dessine comment ??

Désolé je suis perdue

Merci pour votre aide

[sitalgo]

"je dois dessiné une flèche vers le haut pour la poussée d'archimède une vers le bas pour le poids c'est ca."

Oui.

"Si oui pourriez vous me dire de quelle longueur.. et la force de frottemnt je la dessine comment ??"

On suppose que les bille sont en vitesse stabilisée, la somme des forces sur une bille est nulle.
Une force de frottement s'oppose au mouvement donc de quel sens doit-elle être ?

Ne connaissant ni la masse ni le volume des billes on ne te demande pas un schéma exact mais plausible qui donne un rapport approximatif entre les forces, y compris entre les 2 billes.
En réfléchissant un peu on voit qu'une force est la même pour les deux. Laquelle ?

[invite8fa6d0ae]

Donc en fait si j'ai bien compris la flèche de la poussée d'archimède doit être de la même longueur que celle du poids.Et la flèche de la force de frottement doit aller soit vers la gauche ou vers la droite c'est ca ? la longueur doit être plus petite que celle des autres.

Ce que je pense est il correct ?

Merci beaucoup

[zoup1]

Et la flèche de la force de frottement doit aller soit vers la gauche ou vers la droite c'est ca ? la longueur doit être plus petite que celle des autres.
Ce que je pense est il correct ?

Non, ce n'est pas cela, la force de frottement s'oppose à la vitesse .Elle est dans le sens opposé à la vitesse elle est donc dirigée verticalement et vers le haut...

Par ailleurs, comme l'a dit sitalgo, en regime stationnaire, la somme des forces doit faire 0.

[invite8fa6d0ae]

D'accord merci mais j'ai encore une hésitation.

La flèche du poids et de la poussée d'archimède doivent avoir la même longueur mais opposées; et la flèche de frottement doit aller vers le haut avec une longueur plus petite que les deux autres
est ce exact??


Merci beaucoup pour votre aide.

[sitalgo]

Ben non puisque si la poussée d'Archimède était égale au poids, la bille ne descendrait pas.

" et la flèche de frottement ... avec une longueur plus petite que les deux autres "

La somme des forces = 0, qu'en déduis-tu ?

[invite8fa6d0ae]

donc en fait la longueur de la flèche de la poussée d'archimède +la longueur de celle de la force de frottement est égale à la longueur de la flèche du poids?

Merci

[zoup1]

c'est ca.....

[invite8fa6d0ae]

Merci beaucoup pour votre aide.

Pourriez vous encore m'aider s'il vous plait?

L'énoncé est toujours le même:

Des élèves proposent de comparer les chutes verticales dans l'huile de deux billes de même diamètre, mais de atériaux différents. Les billes sont lachées au même instant à la surface des liquides. les chutes des billes sont chrono-photographiées. La durée entre 2 clichés est de 140ms.

maintenant je dois en analysant les chronophotographies

a_ caractériser le mouvement de chacune des billes ;

J'ai trouvé : accéleré, puis uniforme, et enfin ralenti pour la première bille et uniforme pour la seconde

b_ sachant que la hauteur de l'éprouvette est de 50 cm, calculer les valeurs des vitesses limites.


Pour trouver les vitesses limites j'ai calculé pour la première bille sa vitesse lorsque son mouvement est accéléré et pour la deuxième j'ai tout simplemet calculer sa vitesse. c'est correct ?


Je dois aussi répondre à ces deux autres questions mais là je ne sais pas.

La force de frottement visqueux a une valeur f proportionnelle à la vitesse v : f=a.v

a_ en appliquant le principe de l'inertie à la bille lorsqu'elle a atteint une vitesse constante, établir une relation permettant de calculer la vitesse v en fonction de la masse m de la bille, de son volume V, de la masse volumique Pbille de la bille.

b_des deux chronophotographies (a) et (b), quelle est celle qui correspond à la bille la plus dense ?

Merci d'avance pour votre aide

[zoup1]

Pour trouver les vitesses limites j'ai calculé pour la première bille sa vitesse lorsque son mouvement est accéléré et pour la deuxième j'ai tout simplemet calculer sa vitesse. c'est correct ?

Il faut calculer la vitesse lorsque son mouvement est uniforme. Pour cette première bille, je suis un peu étonné que tu trouves une phase où le mouvement est relenti...

La force de frottement visqueux a une valeur f proportionnelle à la vitesse v : f=a.v

a_ en appliquant le principe de l'inertie à la bille lorsqu'elle a atteint une vitesse constante, établir une relation permettant de calculer la vitesse v en fonction de la masse m de la bille, de son volume V, de la masse volumique Pbille de la bille.

lorsque la bille a une vitesse constante, cela veut dire quelque chose concernant son la somme des forces qui s'applique sur elle. Tu as énoncé plus haut les forces qui interviennent. Tu peux donc établir une expression qui relie les forces entre elles. Tu peux ensuite en déduire une expression pour v.

[invite8fa6d0ae]

(je dois juste faire une rectification j'ai oublié dans la question
En appliquant le principe de l'inertie......calculer la vitesse v en fonction de la masse m de la bille, de son volume V, de la masse volumique p du liquide et de la masse volumique pbille de la bille

ca change quelque chose?)

d'accord donc avec le principe d'inertie la somme de la force de la terre,de la pousée d'archimède et de la force de frottement est nulle. Donc Ft+Fa+Ff=0 donc en fait
Ff=-(Ft+Fa) Ff=-(mg+pVg) mais là je n'ai pas la masse volumique de la bille...

pourriez vous aussi me dire que signifie a dans f=a.v

Merci

[sitalgo]

" J'ai trouvé : accéleré, puis uniforme, et enfin ralenti pour la première bille"

Tu es sûre que la bille n'a pas déjà touché le fond quand tu calcules la dernière vitesse ?

La vitesse limite est la vitesse stabilisée obtenue par les graphes.

F=av : a est un coefficient (en N par m/s), plus a est important plus le frottement sera important.

Pour la masse vol tu prend rho, il y aura donc 1 valeur pour chaque matière.

[invite8fa6d0ae]

Merci beaucoup mais je n'ai pas compris comment faire pour mettre la masse volumique de la bille en relation pour calculer la vitesse.

En appliquant le principe de l'inertie......calculer la vitesse v en fonction de la masse m de la bille, de son volume V, de la masse volumique p du liquide et de la masse volumique pbille de la bille

Parce que moi j'ai trouvé ca:

Ft+Fa+Ff=0 donc en fait
Ff=-(Ft+Fa) Ff=-(mg+pVg)

C'est correct? En tout cas dans cette expression je n'ai pas la masse volumique de la bille.

Pourriez vous m'aider s'il vous plait.

Merci d'avance

[zoup1]

- La masse de la bille m c'est aussi pbille.V
Tu peux indifféremment utiliser pbille ou m...

- Il faut aussi exprimer Ff comme Ff=a.v

- Dans la relation que tu donnes, si v et les différents Ff, Ft, Fa sont les normes des forces alors il y a un problème de signes. Si ce sont des vecteurs, alors c'est bon...

[invite8fa6d0ae]

Dans ma réponse se sont des vecteurs.

En fait ca donne:

Ff=-(mg+pVg)
a.v=-(mg+pVg)
v=-(mg+pVg)/a


C'est correct?

Encore merci pour votre aide

[zoup1]

Euh, en fait ce n'est que presque correct.
J'ai été un peu vite dans mon message précédent, la relation vectorielle sur la force de frottement n'est pas correcte. Vectoriellement c'est Ff = -a v

Au final, je pense de toute façon qu'il est préférable que tu donnes une expression scalaire...

[invite8fa6d0ae]

Merci beaucoup mais je n'ai pas très bien compris ce que ça donne au final.

En fait c'est vecteur v= (mg+pVg)/a

[zoup1]

Oui, vectoriellement c'est correct...

[invite8fa6d0ae]

D'accord merci beaucoup

J'aurais une toute dernière question à vous poser:

Comment je peux savoir des deux chronophotographies (a) et (b), quelle est celle qui correspond à la bille la plus dense ?

Merci d'avance

[zoup1]

Regarde comment la vitesse varie en fonction de la masse volumique de la bille !!!
Je suppose que le diamètre des billes sur les chronophotographies sont les mêmes non ?

[invite8fa6d0ae]

oui les diamètres des billes sont les mêmes.

En fait la bille qui a la plus grande vitesse limite est la bille la plus dense.

c'est ça ?

[zoup1]

Oui c'est cela...
Pour un même diamètre,
la poussée d'archimède est la même, la force de frottement est aussi la même (a la même forme), le poids est plus important lorsque la bille est plus dense.
Donc la bille la plus dense tombe le plus vite (lorsqu'on a atteint la vitesse limite).