L'objet est constitué d'un cylindre contenant un ressort permettant de propulser une bille. Avec des équations et une analyse du mouvement de la bille, la densité de l'air pourra ainsi être retrouvé.
Difficulté
Technique
Durée
5 minute(s)
Disciplines scientifiques
Mathématique, Mécanique, Physique
Introduction
De nos jours, connaitre la viscosité d'un fluide peut être utile dans de nombreux domaines scientifiques, notamment en mécanique des fluides lors du lancement d'un objet aérodynamique, ou même en météorologie lors de l'étude d'un climat. Cette viscosité est directement liée à une force de frottement fluide opposée au mouvement de l'objet, diminuant l'accélération de ce dernier et ayant tendance à modifier drastiquement sa trajectoire. Sans connaissance de la valeur de la viscosité du fluide, une incertitude importante sur la trajectoire de l'objet est présente et un besoin est ainsi crée. Notre objet a ainsi pour but de répondre à ce besoin.
Notre système bille ressort permet , simplement à partir d'une mesure d'un allongement d'un ressort et d'une durée de chute, de retrouver la valeur du coefficient de frottement fluide.- Matériel et outils
Cylindre en plastique
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Objet en plastique de forme cylindrique et creuse.
Ressort 
Un ressort est une pièce mécanique qui quand on le déforme produit un mouvement,une force ou un couple. Il existe une grande variété de ressorts et sont présent partout! .
Bille 
il s'agit d'une sphère généralement en verre (on en trouve de différents matériaux : fer, terre, ...)
Le jeu de bille est un jeu très courant dans les écoles. La façon la plus classique d'y jouer consiste à lancer sa bille sur celle de l'adversaire afin de l'obtenir. La collection et la recherche de billes rares jouent un rôle important dans le jeu. Le jeu de billes est répertorié à l'Inventaire du patrimoine culturel immatériel en France depuis 2012
Cylindre en plastique
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Objet en plastique de forme cylindrique et creuse.
Étape 1 - Mesure de la raideur du ressort
Matériel supplémentaire nécessaire spécifiquement à l'étape
- Potence ou système permettant de suspendre verticalement un objet
- Fil pour attacher
- Balance
Choisir un ressort d'une longueur à vide entre 15 et 20 cm.
Choisir un objet de forme quelconque ayant une masse de l'ordre de grandeur de 100 g.
Peser cet objet au gramme près . Attacher le ressort verticalement à une potence à une des des extrémités du ressort. Attacher à l'autre extrémité du ressort l'objet pesé. Mesurer la longueur du ressort à l'équilibre ( c'est à dire la distance entre les deux extrémités du ressort à l'arrêt lorsqu'une masse y est est attachée ).
Enfin , appliquer la formule : raideur = masse de l'objet m * intensité pesanteur g / ( longueur à l'équilibre - longueur à vide )
Vous avez ansi la raideur du ressort que l'on nommera k.
Étape 2 - Montage du ressort
Trouver 2 cylindres en plastiques de manière à ce que les deux coulissent entre eux. Trouver une bille de sorte à ce que le diamètre de la bille soit de 2 mm de moins long que celui cylindre. Enroulez le ressort autour du cylindre le plus mince. Installer une butée à l'extrémité du cylindre le plus large de telle façon que le cylindre ne puisse pas sortir totalement du système.
Étape 3 - Création Support Catapulte
Fixer le cylindre de la catapulte contre un support en bois de façon à ce que l'angle entre l'horizontale et le cylindre fasse 90°.
Graduer la partie verticale de la planche le long de l'axe du cylindre de façons à ce que la hauteur maximale atteinte par la bille soit repérable.
Étape 4 - Experience
Placer sa bille sur la plateforme dans le trou du cylindre.
Comment ça marche ?
Observations : que voit-on ?
Durant la première phase du mouvement, on observe une bille subissant un accélération due à la force de rappel du ressort. En effet, suite à sa compression , le ressort va vouloir revenir vers sa position d'équilibre et donc s'étirer. De l'instant à partir duquel le levier est lâché à l'utilisateur jusqu'a l'instant pour lequel le ressort va passer par sa position d'équilibre, la plate-forme va être accélérée et ainsi de meme pour la bille. A partir de l'instant ou le ressort va passer par la position d'équilibre , la plateforme attachée au ressort va décellerer à cause de la force de rappel. Alors, la bille qui n'est pas directement attachée au ressort va décoller de la plateforme grace la vitesse accumulée lors de l'accélération. La bille entre alors dans seconde phase de mouvement: une chute libre avec vitesse initiale verticale.La bille va lors être soumis uniquement à son poids et à une force de frottement fluide. La bille va alors monter jusqu'à sa flèche puis chuter jusqu'au sol.
Mise en garde : qu'est-ce qui pourrait faire rater l'expérience ?
Une mauvaise mesure de la raideur du ressort due à une mauvaise lecture des graduations sur sa règle.
Un angle de propulsion différent de plus de 2 degrés que 90 ° poserait un problème par rapport à la modélisation de la trajectoire qui a été établie avec une vitesse initiale verticale.
Une présence trop importante de frottements entre le ressort et le cylindre pourrait nuire à l'experience car les frottements solides ne sont pas pris en compte.
Explications
L
Applications : dans la vie de tous les jours
Le coefficient de frottement fluide est très important dans le domaine de l'ingénierie mécanique. Ce coefficient exprimé la viscosité d'un fluide. Il st définit comme la mesure de la résistance d'un fluide en cours de déformation dues aux forces intermoléculaires. Il peut être utilisé pour faire des modèles de systèmes afin de se rapprocher au maximum du phénomène physique réel, et prédire les trajectoire des systèmes élaborés.
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Éléments pédagogiques
Objectifs pédagogiques
Comprendre l'importance des frottements lors de la modélisation d'une mouvement et l'influence que ceux ci peuvent avoir sur une trajectoire.
Dernière modification 3/05/2022 par user:Théophile.
Draft