On étudie le mouvement d'un parachutiste lors d'un saut dont la trajectoire est une ligne droite.
Le graphique ci-dessous représente l'évolution de la vitesse du parachutiste au cours de ce saut :
Quelle est la description correcte du mouvement du parachutiste au cours de la première partie du saut (notée 1 sur le graphique) ?
D'après l'énoncé, on sait que la trajectoire suivie par le parachutiste est une ligne droite : le mouvement du parachutiste est donc rectiligne.
Au cours de la première partie du saut, la vitesse augmente au cours du temps. Le mouvement du parachutiste est donc rectiligne et accéléré.
Au cours de la première partie du saut, le mouvement du parachutiste est rectiligne et accéléré.
Que peut-on en déduire sur les forces qui s'exercent sur le parachutiste lors de cette première partie du mouvement ?
D'après le principe d'inertie, si un corps n'a pas un mouvement rectiligne et uniforme, alors les forces qui s'exercent sur lui ne se compensent pas : le mouvement du parachutiste est rectiligne et accéléré, donc les forces qui s'exercent sur lui ne se compensent pas.
Les forces qui s'exercent sur le parachutiste pendant la première partie du saut ne se compensent pas.
Quelle est la description correcte du mouvement du parachutiste dans la deuxième partie du saut ?
Dans la deuxième partie du saut, le mouvement est toujours rectiligne, mais la vitesse ne varie pas au cours du temps : le mouvement du parachutiste est donc rectiligne et uniforme.
Dans la deuxième partie du saut, le mouvement est rectiligne et uniforme.
Que peut-on en conclure sur les forces qui s'exercent sur le parachutiste au cours de cette partie du saut ?
D'après le principe d'inertie, si le mouvement d'un corps est rectiligne et uniforme, alors soit il n'est soumis à aucune force, soit il est soumis à des forces qui se compensent.
- Le parachutiste est en mouvement rectiligne et uniforme.
- Le parachutiste est forcément soumis au moins à une force, son poids.
On en conclut que, dans la deuxième partie du saut, le parachutiste est soumis à des forces qui se compensent.
Quelle est la description correcte du mouvement du parachutiste au cours de la troisième partie du saut ?
Au cours de la troisième partie du saut, le mouvement est toujours rectiligne, mais la vitesse diminue au cours du temps : le mouvement est donc rectiligne et ralenti.
Dans la troisième partie du saut, le mouvement du parachutiste est rectiligne et ralenti.
Pourquoi la vitesse du parachutiste chute brutalement au cours de la troisième partie ?
Avant cette troisième partie, le parachutiste était soumis à des forces qui se compensent. Son mouvement a été modifié, donc une nouvelle force agit sur lui.
Le début de la troisième partie du graphique correspond au moment où le parachutiste ouvre son parachute : la vitesse décroît rapidement, car la voile du parachute est freinée par les frottements de l'air.
La vitesse finit par se stabiliser au début de la quatrième partie du graphique.
Dans la troisième partie du saut, la vitesse décroît rapidement, car le parachute s'ouvre et freine le parachutiste.
Les seules forces subies par le parachutiste de masse m sont son poids \overrightarrow{P} et le frottement \overrightarrow{F} généré par l'air.
On sait que :
- m = 100 kg
- g = 9{,}81 N.kg-1
Que peut-on dire de l'intensité, de la direction et du sens de cette force de frottement au cours de la quatrième partie du saut ?
Le mouvement du parachutiste au cours de la quatrième partie du saut est rectiligne et uniforme : d'après le principe d'inertie, on en déduit que les forces qui s'exercent sur lui se compensent.
Or, deux forces se compensent si elle ont la même intensité, la même direction, et un sens opposé.
Le poids est une force verticale, dirigée vers le "bas", c'est-à-dire vers le centre de la Terre.
La force de frottement sera donc aussi verticale mais dirigée vers le "haut".
Son intensité sera égale à celle du poids, donc :
F=P=m\times g
F=100\times9{,}81
F=981 N
Dans la quatrième partie du saut, la force de frottement est verticale, dirigée vers le haut, et son intensité est F = 980 N.