TPE sur les fusées à eau

Résumé du document

Une fusée à eau est constituée d'une bouteille en plastique (de coca-cola par exemple) sur laquelle on colle plusieurs ailerons. Nous avons réalisé les ailerons avec du polystyrène car c'est un matériau léger, peu coûteux et facile à trouver. L'ogive est construite à partir d'une seconde bouteille.

Une fois la fusée construite, il suffit d'introduire dans le réservoir (dans la bouteille) un volume d'eau. Puis, après avoir fermé le réservoir avec un bouchon en liège, on injecte de l'air à l'aide d'une pompe à vélo. Le bouchon saute, l'air éjecte l'eau hors de la bouteille et vers le bas, ce qui propulse la fusée vers le haut (...)

Extraits

[...] L'accélération reste pratiquement constante jusqu'à ce que la vitesse rende la traînée plus importante, la vitesse augmente alors plus lentement. La vitesse atteint une valeur maximale à la fin de propulsion. La phase balistique commence par une forte décélération au moment de la fin de la poussée. La fusée n'est soumise qu'à son poids et à la résistance de l'air qui freinent sa progression. La vitesse décroît. A l'apogée, l'altitude atteinte par la fusée à eau est maximale. La vitesse est nulle. Enfin, la fusée descend sous l'effet de son poids. [...]

[...] Lors du lancement de la fusée à eau, nous devons alors viser la bouteille lorsqu'elle atteint son apogée avec le haut du rapporteur. On note ensuite l'angle entre le 0 et le fil à plomb. Cet angle correspond à l'angle CÂB recherché (voir Document 3 et 4). Un fois l'angle CÂB mesuré, nous pouvons calculer la longueur BC grâce à la trigonométrie. Il faut ensuite rajouter la longueur h1 qui correspond à la hauteur du théodolite. Nous connaissons donc ainsi la hauteur atteinte par la fusée à eau. Cette méthode bien que facile à réaliser est trop imprécise. [...]

[...] ) quelconque. Newton : Isaac Newton était un philosophe, mathématicien, physicien et astronome anglais, né le 4 janvier 1643 au manoir de Woolsthorpe à Grantham, mort le 31 mars 1727 à Kensington. Sir Isaac Newton est à l'origine de théories scientifiques qui vont révolutionner la science, notamment dans les domaines de l'optique, des mathématiques, et surtout de la mécanique. Il est à l'origine de ce qu'on appelle la mécanique classique dont les trois lois de Newton constituent les fondements. Ogive : Partie antérieure d'un projectile. [...]

[...] Pour notre fusée, la direction du vecteur de cette force est verticale et son sens est dirigé vers le haut. La poussée dépend de deux variables : - la vitesse à laquelle la matière est éjectée ; - la masse de la matière éjectée. Nous allons maintenant essayer de calculer l'intensité du vecteur poussée. La poussée Pe est égale au produit de la masse q de l'eau débité par la tuyère en une seconde par leur vitesse d'éjection Ve : Pe = q x Ve avec - Pe en Newtons, - q en kg.s-1 - Ve en m.s-1. [...]

[...] Dans le référentiel terrestre, la fusée à eau est immobile. Or d'après la 1ère loi de Newton si le centre d'inertie d'un solide (ici la fusée) est immobile alors la somme des forces extérieurs s'exerçant sur ce solide est nulle. Remarque : Le référentiel terrestre peut être considéré comme un référentiel galiléen. Les forces se compensent: Rn + P = 0 (voir Document 2). Rn + P = 0 Rn = P Pour que la fusée se mette en mouvement il faut, d'après la seconde loi de Newton, une autre force. [...]