Saut en parachute

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Annales corrigées
Classe(s) : 3e | Thème(s) : Mouvement et interactions
Type : Sujet complet | Année : 2019 | Académie : Amérique du Nord

Amérique du Nord • Juin 2019

physique-chimie • 25 points

Saut en parachute

Un parachutiste saute habituellement depuis un avion en plein vol à une altitude d’environ 3 à 4 km. Pour battre un record de vitesse, l’autrichien Felix Baumgartner a réalisé en 2012 un saut hors du commun depuis un ballon sonde à 39 km d’altitude.

Schématisation de deux sauts en parachute

Les échelles ne sont pas respectées.

sci3_1906_02_00C_01

document 1 Évolution de la vitesse de F. Baumgartner par rapport au sol terrestre en fonction du temps, avant l’ouverture du parachute

Les valeurs de la vitesse sont volontairement absentes.

sci3_1906_02_00C_02

document 2 Positions successives de F. Baumgartner au début de sa chute, avant l’ouverture du parachute

sci3_1906_02_00C_03

1. Parmi les propositions suivantes, indiquer, en justifiant la réponse à partir du document 1, celle qui satisfait aux caractéristiques du saut de F. Baumgartner. (4 points)

Le mouvement est :

a) accéléré puis ralenti ;

b) accéléré puis uniforme ;

c) uniforme puis accéléré.

▶ 2. Montrer sans calcul que l’analyse du document 2 permet de retrouver la réponse précédente. (6 points)

▶ 3. Le parachutiste est soumis à deux actions mécaniques : l’action de la Terre modélisée par le poids (aussi appelée force de pesanteur) et les frottements de l’air.

Indiquer, pour chacune de ces actions, s’il s’agit d’une action de contact ou d’une action à distance. (4 points)

▶ 4. En exploitant les documents 1 et 2, expliquer à l’aide de calculs, si la vitesse maximale atteinte par F. Baumgartner est proche de 250 m/s, 370 m/s ou 470 m/s.

Les clés du sujet

Comprendre les documents

Le document 1 est le graphique qui donne la vitesse du parachutiste avant qu’il n’ouvre son parachute en fonction de la durée de sa chute libre. Note que la vitesse augmente, puis diminue.

Le document 2 est une schématisation de la chute. Il montre les positions successives du parachutiste. La durée de la chute apparaît à droite de chaque position.

Répondre aux questions

 4. Sois vigilant, tu dois calculer la vitesse au moment où le parachutiste va le plus vite et non sa vitesse moyenne donnée par v=dt. Cherche sur le document 2 comment trouver cette vitesse « autour de la position du parachutiste » lorsque sa vitesse est maximale.

Corrigé

Corrigé

▶ 1. La vitesse du parachutiste augmente d’après le graphique du document 1 pendant 50 secondes, son mouvement est donc accéléré. La vitesse diminue ensuite jusqu’à 120 s, le mouvement est ralenti. La bonne réponse est donc la proposition a) accéléré puis ralenti.

▶ 2. En se penchant sur le document 2 on constate que les positions du parachutiste s’écartent jusqu’à t = 60 s puis elles sont de plus en plus proches les unes des autres. Les positions sont données toutes les 10 secondes, c’est-à-dire à des intervalles de temps identiques. Cela signifie que le parachutiste va de plus en plus vite au début de sa chute puis ralentit, ce qui confirme la réponse choisie dans la question 1.

▶ 3. L’action appliquée par la Terre sur le parachutiste et modélisée par le poids est une action à distance, tandis que celle des frottements de l’air est une action de contact.

conseil

Repère sur le document 1 l’instant où la vitesse est maximale.

▶ 4. D’après le document 1 le parachutiste atteint sa vitesse maximale à t = 50 s environ.

remarque

Tu peux trouver la distance parcourue en soustrayant les altitudes.

Sur le document 2, on peut voir qu’il est possible de calculer la vitesse de Baumgartner autour de sa position à t = 50 s. En effet entre t = 40 s et = 60 s, c’est-à-dire en une durée T = 20 s, il ­parcourt une distance :

d = 31,4 – 24,1 = 7,3 km = 7 300 m.

Sa vitesse maximale est donc donnée par : v=dT=7 30020 = 365 m/s.

Cette valeur est proche de 370 m/s proposée par l’énoncé qui sera donc la bonne réponse.