Physique

[Syje]

Bonjour, aidez moi à faire mon exercice s'il vous plaît, c'est urgent. Je n'ai absolument rien compris.

[julesx]

Bonsoir,

Là, ce sont les frottements de l'air dont on ne tient pas compte. Mais comme dit dans la réponse à ton autre demande, dans cette hypothèse, tu utilises l'égalité entre la variation d'énergie potentielle et la variation d'énergie cinétique.

[Black Jack]

Bonjour,

 

Pour info (hors exercice)

Remarque pleinement justifiée de jules sur "l'oubli" de la force de frottement de l'air sur les grêlons pendant leur chute dans le texte proposé.

Voir par exemple ici :   https://www.anelfa.asso.fr/Croissance-des-grelons.html

Je fais quelques calculs pour vérifier ces données.

Soit d (en m) le diamètre d'un grêlon, son volume est V = 4/3 * Pi * (d/2)³ = Pi * d³/6
Sa masse est m = 900 * Pi*d³/6 (avec rho glace = 900 kg/m³)
m = 471*d³

La force de traînée aérodynamique est F = 1/2 * Rho(air) * S * Cx * v² = 1/2 * 1,29 * Pi * (d/2)² * 0,45 * v² = 0,228 * d²*v²

La vitesse de chute est stabilisée lorsque La force de traînée aérodynamique compense le poids du grêlon, donc lorsque :

0,228 * d²*v² = 9,81 * 471*d³
v² = 20265 * d
v = 142 * sqrt(d)
Avec d en m et v en m/s

Groupement des résultats :
masse grêlon : m = 471*d³
vitesse stabilisée de chute : v = 142 * sqrt(d)
Energie cinétique à l'arrivée au sol (si vitesse limite atteinte) : E = 1/2 * 471*d³ * 142² * d = 4748622* d^4

Exemple numérique : si d = 40.10^-3 m (40 mm) 

m = 471 * (40.10^-3)³ = 0,0301 kg (30,1 g)
v limite = 142 * sqrt(40.10^-3) = 28,4 m/s (si distance de chute suffisante)
E cinét = 4748622* (40.10^-3)^4 = 12,2 J

... valeurs qui correspondent raisonnablement avec celles données dans le lien.
***************
Les vitesses limites de chute des grêlons varient très fort avec la taille des grêlons ...

Les calculs de vitesse en négligeant les effets de la force de frottement des grêlons dans l'air s'éloignent de très loin de la réalité.

Je fais grâce des calculs pour trouver la distance parcourue en fonction de la vitesse ...

Voila par exemple ce que cela donne pour les grêlons de 40 mm de diamètre. On voit qu'on approche raisonnablement la vitesse limite de chute après une distance de chute relativement petite ...

qui pousse à considérer que la vitesse limite est, le plus souvent, celle d'arrivée au sol des grêlons (compte non tenu évidemment des effets éventuels du vent ou des courant d'air ascendant).
****************

Ceci est évidemment hors exercice, mais je pense (à tort ou à raison) qu'il est parfois intéressant de resituer les problèmes dans le concret et pas dans le cadre d'exercices d'école où on a négligé (comme trop souvent) des effets qui ne sont pas du tout négligeables et qui donnent un tout mauvais ressenti aux élèves des réalités physiques. 

 

[volcano47]

ouh ! Black jack, tu vois grand ! Ce qui est certes louable et dénote un esprit pédagogue volontariste qui m'anime un peu aussi ("voyons un peu plus loin que cet exercice") ; mais enfin, ici , on a l'impression qu'il s'agit autant d'un exercice de compréhension d'un texte un peu long (un peu long = qui ne tient pas sur un écran de smartphone) que d'un exercice de physique. A l'image des  épreuves de bac de ces dernières années. 

[Black Jack]

Il y a 3 heures, volcano47 a dit :

ouh ! Black jack, tu vois grand ! Ce qui est certes louable et dénote un esprit pédagogue volontariste qui m'anime un peu aussi ("voyons un peu plus loin que cet exercice") ; mais enfin, ici , on a l'impression qu'il s'agit autant d'un exercice de compréhension d'un texte un peu long (un peu long = qui ne tient pas sur un écran de smartphone) que d'un exercice de physique. A l'image des  épreuves de bac de ces dernières années. 

Bonjour,

Le niveau de mon intervention n'est très probablement pas adéquat avec le niveau où le sujet a été abordé.

Il n'en reste pas moins que ce types d'exercices qui parlent d'un sujet concernant la physique (élémentaire), même si ce n'est pas le but premier, quand ils donnent des informations qui vont conduire à des résultats complètement hors réalité devraient être virés des manuels scolaires.

Ils ne peuvent que donner de très très mauvais ressentis des phénomènes physiques aux élèves ou étudiants et cela ne peut rien amener de positif. 

Pire, ayant déjà croisé le fer avec quelques profs sur de tel problèmes, beaucoup (généralement des profs de math qui veulent rendre leur cours attractif en abordant des problèmes concrets, qu'ils ne maîtrisent pas, ne se rendent pas compte que les résultats obtenus sont complètement physiquement faux ...

Par le passé, un élève auquel (via je ne sais plus quel site) j'avais fait remarqué que le problème posé (tremplin avec ski nautique) possédait des données redondantes mais largement incompatibles, avait fait remonté (il faut oser) la remarque à son prof ... Celui-ci lui avait répliqué, que l'énoncé était rédigé tel quel dans le manuel, et que donc cela devait être correct. 🙂

Donc, non seulement certains profs n'ont pas le ressenti suffisant pour voir que certains problèmes posés sont physiquement débiles ... mais cela se retrouve même dans des manuels officiels.

Suivant mon expression favorite, ce serait comique ... si ce n'était pas à pleurer.

Je sais évidemment qu'introduire des calculs avec frottement n'est pas à la portée de tous en Secondaire.

Néanmoins, si on le fait, il faut s'arranger pour que dans les problèmes posés, les frottements aient vraiment un effet négligeable sur le résultat demandé ou bien au minimum, il faut qu'une phrase dans l'énoncé indique sans ambiguïté que les résultats obtenus sont très éloignés des résultats réels par le fait d'avoir négligé les dits frottements.

Mais pas beaucoup de chance que cela arrive.

[volcano47]

Oui, je ne me plaçais pas de ce point de vue là, mais c'est vrai qu'à force d'approximer....on devient vraiment très très approximatif.

Ce que je déplorais un peu c'est le style "Sciences et Vie" des problèmes de physique ces dernières années ; voir par exemple sur ce même forum le problème sur la sonde Rosetta : mise en oeuvre de deux ou trois formules (lois de Kepler) noyées dans un long texte de description (avec même une photo de la comète, pourquoi pas, mais bon !) qui n'apporte pas grand chose de réellement "physique".

La vulgarisation d'accord, la non restitution de connaissances c'est un peu exagéré. Ou alors je suis , moi aussi un vieux râleur (j'allais employer un autre mot). Qu'en dirait pzorba ? 😈 (que je salue aussi amicalement).