Tp sur la chute libre

Tp chute libre
Une fois lancée, la balle est-elle en chute libre ?
Objectifs :
- Mettre en œuvre une démarche expérimentale pour étudier un mouvement.
Document 1 :
La chute libre
La chute libre est une chute au cours de laquelle seule la gravité s’exerce. Le corps en chute
libre n’est alors soumis qu’à son poids. C’est cette situation que l’on éprouve lorsqu’on saute
d’une chaise, en négligeant les frottements de l’air. C’est aussi la même situation qui permet
de rester sur une orbite autour de la Terre. Dans ce cas l’accélération du corps est égale
l’accélération de la pesanteur g supposé constante de valeur théorique 9,8 N.kg-1 ou 9,8 m.s-2.
Document 2 :
Cas d’une chute parabolique
Equations horaires d’un mouvement
parabolique d’un objet, sans tenir compte des
frottements avec l’air, et avec une vitesse
initiale v0 faisant un angle  avec l’axe des
abscisses à partir d’un point A(x0, y0, z0), z vers
l’avant de la feuille.
Document 3 :
dy
dx
i
j
dt
dt
dv y
dv
a  x i
j
dt
dt
v
Quelques rappels
dy
dx
vx 
et vy 
dt
dt
dv y
dv
ax  x et ay 
dt
dt
v  vx2  vy2
a  ax2  ay2
Document 4 :
Atmosphères des planètes
La Terre a pu conserver une atmosphère, contrairement à la Lune.
C'est la gravité des planètes qui retient l’atmosphère des planètes. Si un corps ou une
molécule acquiert une vitesse supérieure à une certaine vitesse appelé vitesse de libération il
quitte définitivement la planète. Chaque planète a une vitesse de libération différente qui
dépend de sa gravité. Sur la Terre et Mars, l’élément hydrogène présent dans l'exosphère
s'échappe ainsi quotidiennement.
Document 5 :
Ecart relatif
On considère qu’une valeur expérimentale est cohérente à la valeur théorique lorsque son
écart relatif est inférieur à 5%.
valeur théorique  valeur exp érimentale
écart relatif 
valeur théorique
Document 6 :
-
Matériel à disposition
Vidéo de la chute verticale d’une balle de golf et d’une balle de ping-pong
Généris 5+
Document 7 :
Généris / Traitement des données /Modélisation
Question préliminaire :
À partir d’un pointage vidéo et utilisant un tableur, établir deux protocoles qui permettent de
montrer que l’une des deux balles (golf ou ping-pong) est en chute libre mais pas l’autre.
Questions à faire pendant le Tp
1. Réaliser le pointage et répondez à la question préliminaire.
2. Comment peut-on justifier la différence de chute entre les deux balles ?
3. Regarder la vidéo suivante : https://www.youtube.com/watch?v=vb2GDgTGa3g.
Comment peut-on expliquer le chute identique des deux objets ?
4. Etude du rebond de Philae
On étudie le premier rebond de Philae sur la comète dans le référentiel « cometocentrique »
4.1.
4.2.
À l’aide du tableur excel (fichier Philae) et des documents, dire si la phrase soulignée
dans le document sur le rebond de Philae est correcte. Si non, corrigez cette phrase.
En déduire l’importance de contrôler la vitesse d’atterrissage ?
Pour aller plus loin…
5. En utilisant le fichier excel (Philae), quelles seraient les caractéristiques de la parabole du
premier rebond de Philae sur Terre ? Conclure.
6. Retrouver la valeur d’environ 5h 30 dans le document sur le rebond de Philae. Cette valeur
est-elle en accord avec la valeur indiquée sur le document du CNES ? Proposer une
explication à cette différence.
Descente et rebond de l’atterrisseur Philaé
Philae a été largué à 22,5 km du centre de la
comète avec une vitesse par rapport à la
comète de 1,0 m/s. Si on suppose le champ
de gravitation autour de 67P à une valeur
moyenne g = 1,4.10-4 m.s-2, combien de temps
dure la chute libre de Philae quand il est
largué par Rosetta de cette altitude sans
vitesse initiale ? L’application du PFD aboutit à
5h30.
Le lander ne devra pas heurter brutalement la
surface de la comète du fait de sa faible masse
donc de sa faible gravité.
Si Philae s'est bien posé à la surface de la comète 67P/Churyumov-Gerasimenko, ce n'est pas
à l'endroit attendu, nous explique Francis Rocard. Même la façon dont il s'y est pris a été très
surprenante ! Philae a rebondi vers l’est après son 1er contact avec le noyau ; on estime que sa
vitesse était alors de 0,45 m/s au lieu d’environ 0,90 m/s lors de la descente avant le 1er
contact.
Il a effectué deux rebonds, un grand puis un petit, la parabole du premier ayant duré environ 2
heures avec une distance parcourue d’environ un kilomètre en longueur et en hauteur. « C’est
à confirmer, on s’attend à ce que ces chiffres changent. »
Vidéo de la reconstitution du rebond par le CNES
Trajectoire lors de la descente : http://reves-d-espace.com/2014/11/07/philae-atterissage-comete/
D’après http://www.cnes.fr et http://www.futura-sciences.com