📘 Fiche de cours
L'essentiel du cours
- Chute libre : Un corps est en chute libre s'il n'est soumis qu'à son poids $\vec{P} = m\vec{g}$. L'accélération est constante : $a = g$.
- Chute réelle : Le solide est soumis à trois forces :
- Poids : $\vec{P} = m\vec{g}$
- Poussée d'Archimède : $\vec{F_A} = -\rho_{fluide} \cdot V \cdot \vec{g}$
- Force de frottement fluide : $\vec{f} = -k\vec{v}$ (régime laminaire) ou $\vec{f} = -k\vec{v}^2$ (régime turbulent).
- Équation différentielle : D'après la 2ème loi de Newton : $\sum \vec{F} = m\vec{a}$. En projection sur l'axe vertical $(Oz)$ descendant : $m \frac{dv}{dt} = mg - F_A - f$. Ce qui donne : $\frac{dv}{dt} + \frac{k}{m}v = g(1 - \frac{\rho_{fluide}}{\rho_{solide}})$.
Méthodes à maîtriser
- Choisir un repère $(Oz)$ orienté vers le bas.
- Identifier les forces et les projeter correctement.
- Savoir déterminer la vitesse limite $v_{lim}$ en posant $\frac{dv}{dt} = 0$.
- Utiliser la méthode d'Euler pour résoudre numériquement l'équation différentielle : $v_{i+1} = v_i + a_i \cdot \Delta t$.
Exemples corrigés
- Calcul de $v_{lim}$ : Si $\frac{dv}{dt} = 0$, alors $mg - \rho V g - kv_{lim} = 0 \Rightarrow v_{lim} = \frac{mg(1 - \rho V/m)}{k}$.
- Détermination de $\tau$ : Dans le cas $\frac{dv}{dt} + \frac{v}{\tau} = A$, la constante de temps est $\tau = \frac{m}{k}$.
Erreurs fréquentes
- Oublier le signe moins dans la poussée d'Archimède ou la force de frottement.
- Confondre la masse du solide ($m$) et la masse du fluide déplacé ($\rho V$).
- Oublier que la poussée d'Archimède est négligeable devant le poids si le corps est très dense (ex: bille d'acier dans l'air).