Exemple de résolution d'une équation du 3ème degré du type : Ax^3 + Bx^2 + C = 0

Documents pareils
POLY-PREPAS Centre de Préparation aux Concours Paramédicaux. - Section Audioprothésiste / stage i-prépa intensif -

Un ballon pour l'école

Sommaire. Séquence 2. La pression des gaz. Séance 1. Séance 2. Séance 3 Peut-on comprimer de l eau? Séance 4 Je fais le point sur la séquence 2

L inégale répartition de l énergie solaire est à l origine des courants atmosphériques

LES REGLES DE VOL VFR

B- Météorologie. En présence de cumulus alignés en bande parallèles vous prévoyez un vent: R : de même direction que les alignements

1 Définition. 2 Systèmes matériels et solides. 3 Les actions mécaniques. Le système matériel : Il peut être un ensemble.un sous-ensemble..

Equipement d un forage d eau potable

VOITURE A REACTION. Kart à réaction réalisé par un bricoleur «fou» (Bruce Simpson)

Mesure du volume d'un gaz, à pression atmosphérique, en fonction de la température. Détermination expérimentale du zéro absolu.

Chapitre 9 : Applications des lois de Newton et Kepler à l'étude du mouvement des planètes et des satellites

BREVET 2 * Principes physiques régissant la plongée. Première partie

Notions physiques Niveau 2

La gravitation universelle

METEOROLOGIE CAEA 1990

La vie des étoiles. La vie des étoiles. Mardi 7 août

Physique: 1 er Bachelier en Medecine. 1er juin Duree de l'examen: 3 h. Partie 1: /56. Partie 2 : /20. Nom: N ō carte d étudiant:

TS Physique Satellite à la recherche de sa planète Exercice résolu

METEOROLOGIE. Aéroclub Besançon La Vèze. Cours MTO - Ivan TORREADRADO 1. F-SO au FL65 over LFQM

Initiation à la Mécanique des Fluides. Mr. Zoubir HAMIDI

DYNAMIQUE DE FORMATION DES ÉTOILES

CHECK-LIST F150 M F-GAQC. Aéroclub Saint Dizier - Robinson VISITE EXTERIEURE VISITE PRE-VOL EXTERIEURE. Dans le hangar

Activités de mesures sur la masse à l aide d unités de mesure conventionnelles. L unité de mesure la plus appropriée

Ballons et accessoires. Pour toutes les occasions.

U-31 CHIMIE-PHYSIQUE INDUSTRIELLES

Erratum de MÉCANIQUE, 6ème édition. Introduction Page xxi (milieu de page) G = 6, m 3 kg 1 s 2

Chapitre 5. Le ressort. F ext. F ressort

2 ) Appareillage :L'appareil utilisé est un banc d'essai portatif CEV dont la photo et le schéma de principe indiqués ci-dessous ( figures 1 et 2 )

Paysage de nuages. Objectif. Matériel. Vue d ensemble. Résultats didactiques. Durée. Niveau

Projet d auto-construction d un chauffe-eau solaire au pays des Cigales

Chapitre 4: Dérivée d'une fonction et règles de calcul

PNEUS FREINS ABS ESP HUILE VITESSES

Le Soleil. Structure, données astronomiques, insolation.

DOCM Solutions officielles = n 2 10.

PLAN D ATHLETISATION PROTOCOLES D EVALUATION DES QUALITES PHYSIQUES DES JOUEURS INTERNATIONAUX

Détection de fuite hélium Aspect Mesure

Check-list F 150 L Vitesses en Noeuds F-BOGE AERO CLUB DE L'ACQ

Mesures du coefficient adiabatique γ de l air

Annales de Physique aux BTS Mécanique des fluides Table des matières

Manuel d utilisation pour la Presse à Transfert Grand Format Pneumatique Double Poste

ACTIVITÉ. Configuration de la pression en surface. Matériel. Pointage et analyse de la pression aux stations sur cartes météorologiques.

3 - Description et orbite d'un satellite d'observation

Enoncé et corrigé du brevet des collèges dans les académies d Aix- Marseille, Montpellier, Nice Corse et Toulouse en Énoncé.

8/10/10. Les réactions nucléaires

Annexe 3 Captation d énergie

Principes généraux de la modélisation de la dispersion atmosphérique

LES LOIS PHYSIQUES APPLIQUÉES AUX DEUX-ROUES : 1. LA FORCE DE GUIDAGE

Chap 8 - TEMPS & RELATIVITE RESTREINTE

Le drone de cartographie professionnelle

Fonctions de plusieurs variables

Des systèmes de chauffage avec pompe à chaleur et accumulateur de chaleur pour les construction dans les zones de montagne.

Page : 1 de 6 MAJ: _Chaudieresbuches_serie VX_FR_ odt. Gamme de chaudières VX avec régulation GEFIcontrol :

Baccalauréat ES Pondichéry 7 avril 2014 Corrigé

Herrebout-Vermander N.V. S.A.

LA PUISSANCE DES MOTEURS. Avez-vous déjà feuilleté le catalogue d un grand constructeur automobile?

A retenir : A Z m n. m noyau MASSE ET ÉNERGIE RÉACTIONS NUCLÉAIRES I) EQUIVALENCE MASSE-ÉNERGIE

Questions avant intervention pour dépannage Enomatic

PROJET DE CONSTRUCTION DOSSIER DE FAISABILITE B3

Comment dit-on qu'une étoile est plus vieille qu'une autre ou plus jeune qu'une autre?

LA MESURE DE LA PRESSION

Alpha 224 scène mobile couverte Informations Scène et accessoires

Outillage d atelier. Consommables

Tables. Tables individuelles réglables en hauteur manuellement

Les moments de force. Ci-contre, un schéma du submersible MIR où l on voit les bras articulés pour la récolte d échantillons [ 1 ]

Le bac à graisses PRETRAITEMENT. Schéma de principe. Volume du bac à graisses. Pose

THEME 2. LE SPORT CHAP 1. MESURER LA MATIERE: LA MOLE

ASSURER LA QUALITE DES RESULTATS D ESSAI ET D ETALONNAGE Assuring the quality of test and calibration results

GRUES ET ÉQUIPEMENTS DE LEVAGE

Elles manquent d'air Mais certaines sont gonflées!

Notion de fonction. Résolution graphique. Fonction affine.

Chapitre 1 : Qu est ce que l air qui nous entoure?

TD 9 Problème à deux corps

GAZLOG. Logiciel de téléchargement et d'exploitation de données. Notice d utilisation. Tél. : Fax :

2 Trucs et Astuces 2

II. REVOD Plongée à l ordinateur. Septembre Plan de l exposé

La fonction exponentielle

Que nous enseigne la base de données PAE?

Energie solaire

Guide du bon contrôle de fuite

Chapitre 1 Cinématique du point matériel

Circulation générale et météorologie

association adilca LE COUPLE MOTEUR

BTS BAT 1 Notions élémentaires de chimie 1

Comment peut-on produire du chauffage et de l'eau chaude à partir de l'air? EFFICACITÉ POUR LES MAISONS

Problèmes sur le chapitre 5

Chapitre 10 : Mécanique des fluides

FONCTIONS DE PLUSIEURS VARIABLES (Outils Mathématiques 4)

avec des nombres entiers

Bac Blanc Terminale ES - Février 2011 Épreuve de Mathématiques (durée 3 heures)

(Exemple ici de calcul pour une Ducati 748 biposto, et également pour un S2R1000, équipé d un disque acier en fond de cloche, et ressorts d origine)

à la fonction remplie par la pièce. AMP 1200 est un système de ventilation décentralisée d'applications. AMP 1200 est une centrale

Prescriptions techniques et de construction pour les locaux à compteurs

VI.1) Description de la QBO Observation du vent zonal en moyenne zonale à l'équateur Données UARS (Swinbak et Orland)

Sécheuses. Sécheuses SECHEUSE, SR/E ,00 955,00. 12,43 NO 3x10+T - 63 A 4x4+T - 32 A 64,00

De même, le périmètre P d un cercle de rayon 1 vaut P = 2π (par définition de π). Mais, on peut démontrer (difficilement!) que

CODEX ŒNOLOGIQUE INTERNATIONAL. SUCRE DE RAISIN (MOUTS DE RAISIN CONCENTRES RECTIFIES) (Oeno 47/2000, Oeno 419A-2011, Oeno 419B-2012)

Communauté française de Belgique ENSEIGNEMENT À DISTANCE. Cours 219 Série 9 PHYSIQUE C2D. Synthèse

Test : principe fondamental de la dynamique et aspect énergétique

Météo Marine. Benjamin Aymard. Cours CNIF 18 Février 2014 Université Pierre et Marie Curie. ./IMAGES/logo-n

Application à l astrophysique ACTIVITE

Transcription:

Exemple de résolution d'une équation du 3ème degré du type : Ax^3 + Bx^2 + C = 0 Le terme en x est absent dans ce problème, car la forme générale est Ax^3 + Bx^2 + Cx + D = 0 et C est nul. La résolution consiste à chercher la ou les valeurs de x pour satisfaire l'équation = 0 L'exemple qui est traité est une application concernant le vol des ballons-sondes à l'hélium. 1 ère partie équations de base au gonflage ---------------------------------------------------------------- L'objectif d'un ballon-sonde est de porter à une altitude donnée, une charge utile ayant pour fonction de mesurer des paramètres atmosphériques pendant la montée jusqu'à l'altitude considérée. Dans le domaine météorologique, l'enregistrement des données à la descente n'est pas obligatoirement réalisé. Dans le cadre de nos activités, nous faisons le choix de recueillir tous les paramètres physiques concernant des mesures dans l'atmosphère et des mesures à partir d'une position située entre la Terre et l' Espace.

Exemple de relevés mis sous forme d' Emagramme des météorologues, à partir d'une radiosonde de la station Nottingham-Watnall,

Exemple de présentation des données recueillies par un ballon-sonde amateur.

Evolution des principaux paramètres physiques en fonction des altitudes dans les couches successives de l'atmosphère. Les activités ont pour objectifs de comparer les équations des paramètres physiques comme ceux qui sont présentés ci-dessus avec les équations issues de l enregistrement des données recueillies pendant les vols des radiosondes et des ballons amateurs, encore appelés «ballons haute altitude». Il y a beaucoup d'autres paramètres à mesurer dans l'atmosphère terrestre, comme les vitesses de montée ou de descente du ballon et des vents, le taux de radioactivité, la présence des aérosols... Nous allons déterminer comment s'effectue la variation du volume de l'enveloppe en fonction de l'altitude. Intuitivement, nous savons que cette enveloppe de latex va augmenter son volume au fur et à mesure de l'ascension en raison de la diminution de la masse volumique de l'air et ce sera l'éclatement! Le fournisseur des enveloppes indique pour chaque modèle le diamètre à l'éclatement. (Ne pas dire «explosion» dans ce cas). La connaissance de l'altitude atteinte au moment de l'éclatement, est une valeur très importante pour permettre de déterminer à l'avance la trajectoire du vol. Dans la pratique, l'éclatement (ou «burst») va dépendre du volume

d'hélium initial injecté pendant l'opération de gonflage et du type d'enveloppe. Un ballon sous- gonflé éclatera plus tardivement, et si il est sur- gonflé il éclatera plus vite. Pour fixer avec plus de rigueur, et prédéterminer la trajectoire, il est préférable de connaître à l'avance le volume de l'enveloppe en fonction de l'altitude sachant quel est le volume initial au gonflage. Ce volume initial sera déterminé en fonction de la quantité d'hélium injecté pendant l'opération de gonflage. La masse d'hélium sera considérée comme constante pendant la montée. Sauf une fuite! C'est le choix de la vitesse de montée souhaitée qui permettra d'évaluer le volume de gonflage correspondant. Voir plus bas. Celui ci devra être évalué avec le plus grand soin. Ce n'est pas une obligation mais il est préférable de tout connaître dans un projet. En fonction de la météo, l'évaluation du volume de gonflage se fera de différentes manières : avec un manomètre. (différence de pression). avec un dynamomètre (ressort gradué). avec une tare (bidon d'eau ou poids). avec une balance. (force). par mesure du diamètre. (relation entre rayon et volume). Un gonflage sous bâche ne permet pas d'autre mesure la pression par l'utilisation d'un manomètre. Ce procédé est peu précis et dépend de la précision du manomètre gradué de 200 bars à 0. La pression dans une bouteille varie en fonction de sa température. Voir les documents sur le gonflage et le décollage d'un ballon. La force ascensionnelle libre (Fal) est égale à la force ascensionnelle (Fa) à laquelle on retranche la somme des poids sauf l'hélium. Charge utile et accessoires, ne pas oublier le poids de l'enveloppe. La force ascensionnelle libre (Fal) est égale à la poussée d'archimède à laquelle on retranche le poids de l' hélium et la somme des poids sauf hélium (nacelle, accessoires). La poussée d' Archimède correspond au poids de l'air qui occuperait le même volume que l'enveloppe. On négligera la poussée d'archimède

sur les nacelles et accessoires. Le poids est défini par le produit d'une masse par l'accélération de la pesanteur. P = m. g comme g varie avec l'altitude, le poids varie avec l'altitude. Voir le document sur la gravité. Pour de faibles altitudes g sera considéré comme constant = 9,8 m/s^2 En gris : l'air ambiant En cyan : l'hélium L'enveloppe va dans tous les cas être soumise à la poussée d' Archimède (Pa) en fonction de son volume. Si ce volume est grand, la poussée sera grande. Cette poussée (ou force) comme le dit clairement le principe d' Archimède sera égale au poids de l'air qui occuperait le même volume. Donc Pa = Pair à volume identique. Revenir à la figure de gauche : l'enveloppe contient un gaz, de l'hélium. Ce volume d'hélium qui est pratiquement celui de l'enveloppe à l'épaisseur du latex qui est négligée, a un poids Phe. Si l'enveloppe serait gonflée avec de l'air ambiant, la poussée d' Archimède qui n'a pas disparu, serait équilibrée par le poids de l'air contenu dans cette enveloppe. Pa = Pair et Pa - Pair = 0 Ce ballon ne peut pas s'élever! On en déduit quand on gonfle un ballon de baudruche avec la bouche qu'il serait souhaitable de le gonfler avec un autre gaz que l'air! Et de préférence plus léger que l'air. Pour le même volume, si ce gaz est l'hélium, on sait que le poids de l'hélium injecté Phe sera inférieur à Pair. Phe < Pair Une force tire le ballon vers le haut car : Pa - Pair = 0 n'est plus vrai, on a avec l'hélium injecté Pa - Phe > 0 la résultante des forces est appelée «force ascensionnelle» ( Fa ) telle que : Fa = Pa - Phe

La force ascensionnelle libre ( Fal ) est égale à ( Fa ) mais on a retranché la somme des poids de la charge utile, de l'enveloppe, et des accessoires. Fal = Fa - somme des Poids sauf hélium Pa = Poids de l'air de volume V Pa = m air. g en newton on sait que la masse volumique est égale à m/v : ρ air= mair V d'où mair=ρair V et Pa = ρ air V g en newton La poussée d' Archimède est égale au produit de la masse volumique de l'air ambiant (fonction de la température et de la pression de l'air) par le volume occupé et l'accélération de la pesanteur du lieu. On écrira de même pour l'hélium injecté : Phe = ρ He V g newton Remarque : le produit V * g est commun à Pa et Phe En réunissant les relations dans une seule : Fal = Fa - somme des Poids sauf hélium Fal = ρ air V g ρ He V g ( Somme des masses sauf He) g en newton On gardera la forme suivante : Fal = ρ air V g PHe Σ msaufhe g en newton Le ballon soumis à cette force va se diriger suivant un axe vertical en l'absence de vent, ou plus ou moins en oblique suivant une inclinaison fonction de la vitesse du vent présente sur le lieu. Voir processus de décollage. En cas de vent fort, le gonflage se fera sous abri ou à défaut sous bâche. Comme tout objet se déplaçant dans l'air, une force de résistance de l'air ou traînée s'oppose au déplacement, d'intensité fonction de la vitesse du dit objet. Il est utile de considérer un référentiel (axes X,Y,Z ) qui sera relié au point fixe du site de lâcher ou qui sera mobile en suivant la vitesse et de la direction du vent pour des calculs ultérieurs. La vitesse de montée est un autre paramètre important conditionné par le choix du volume de gonflage. Le premier paramètre étant la masse d'hélium injectée dans l'enveloppe. (ou le nombre de moles). On prendra soin de relever avant le décollage, sur le site de lâcher :

la température de l'air en C la pression atmosphérique en hpa le taux d'humidité Hu% l'altitude du lieu de lâcher la vitesse et la direction du vent Une relation donne la valeur de la résistance de l'air en fonction de la vitesse de déplacement du véhicule (ballon). T =R= 1 2 S C x ρ air vm 2 en newton S : surface droite en m^2 Cx : coefficient de traînée (0,5 pour une sphère). ρair : en kg/m^3 (normale 1,29 kg/m^3 pour 1013,25 et 0 C). La mécanique nous apprend que Fal - R = m. γ en newton masse multipliée par l'accélération de l'objet. On peut écrire l'égalité Fal = R en régime établi. (quand l'accélération devient nulle). Après une courte période d'accélération, la vitesse de montée qui est nulle avant le décollage et passe à la valeur limite stabilisée, très peu de temps après. Voir document décollage. Exemple numérique n 1 : Le choix de la vitesse de montée limite est souvent choisie à 5 m/s. On sait que la mole d'hélium (voir cours de chimie) pèse 4,003 grammes et qu'une mole d'air sec pèse 28,9644 grammes. Une mole occupe 22,413968 litres au sol sous 101325 Pa et 0 C. Car : V = 8,3144621 * (273,15 + T) / P = 8,3144621 * (273,15 + 0)/ 101325 remarque : nous prendrons beaucoup de chiffres après la virgule, parce que la précision recherchée doit être maximale, dans les calculs de distances par la suite. Si on remplit une enveloppe avec une mole d'hélium, la force ascensionnelle Fa sera égale à (Pa - Phe) = (28,9644 4,003) = 24,9614 en grammes avec les masses des moles.

Attention : j'utilise les masses et non les poids en omettant g = 9,80 m/s^2 On place cette enveloppe attachée à un poids de 50 grammes sur une balance précise au dixième de gramme. L'enveloppe pèse 1,9 gramme. La balance indique la valeur de la Fal : qui est la résultante de toutes les forces soumises au ballon (enveloppe, gaz et charge). Fal = Fa - Σ Poids sauf hélium Fal = Fa - Σ masse sauf hélium en newton ou en kg ou en grammes Bilan des forces appliquées à un ballon et sa charge : Fal = Pa - Phe Penv Pch = 28,9644-4,003-1,9-50 = -26,9386 grammes indiqués sur la balance. Fal est négatif : le ballon ne volera pas, avec sa charge trop lourde! La pesée permet d'en déduire Fa : écrire en grammes Fa = Pa Phe = Fal + Penv + Pch = -26,9386 + 1,9 + 50 = 24,9614 grammes avec 1 mole d'hélium. La charge réelle est fixée à 10 grammes. Pour faire décoller le ballon, nous remplissons avec 3 moles : les masses sont multipliées par 3. Fa = 3. 28,9644-3. 4,003 = Fa = 3. 24,9614 = 74,8842 grammes Fal = 74,8842 1,9 10 = 62,9842 grammes Les conditions sont P = 1013,25 hpa et T = 0 C (normales) Le volume d'une mole est 22,413968 litres ou 0,022413968 m^3 V = 0,022413968. 3 = 0,06724190 m^3 = 4/3. π. r^3 r = 0,25226 m S = 3.14159. r^2 = 0,1999 m^2

La vitesse de montée sera : Attention maintenant à respecter les unités! Fal en Newton, Rho en kg/m^3, S en m^2, et v en m/s. v^2 = 0,0629842. 9,8 / 0,5. 1,29. 0,5. 0,1999 = 9,57374 v = 3,094 m/s rapport entre la masse soulevée et la masse d'hélium : pouvoir du gaz = ( 4,003 + 1,9 + 10 ) / 4,003 = 3,973 Vérification avec FAL1.xls Voir DATAS3 Alain F6AGV BHAF 2016