chute verticale

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Posted by: magmatique

Bonjour, vous pouvez m'aider à faire cet exercice?
(merci d'avance)

Un viscosimètre de travaux pratiques est constitué d'un long tube vertical contenant un liquide transparent et d'une bille en acier de diamètre d=10mm et de masse m=4.10g.
La bille est maintenue immergée dans le liquide à la partie supérieur du tube par un électroaiment; l'ouverture du circuit de ce dernier libère la bille.
Arrivée au fond du tube, la bille est ramenée à sa position de départ grâce à un aiment en U guidé par l'expérimentateur.
2 phototiodes, chacune étant éclairée par une diode électroluminescente, sont disposées selon une génératrice verticale du tube à une distance h=18 cm.

Ces photodiodes sont connectées aux entrées d'un oscilloscope à mémoire. Le passage de la bille opaque devant une photodiode interrompt le faisceau lumineux; la tension électrique détectée par un ocilloscope passe alors du niveau + 5V au niveau 0, puis reprend le niveau +5 V lorsque l'occultation est terminée.

1/ Schématiser les oscillogrammes enregistrés.
2/ L'expérience montre que, si le premier photocapteur est sufisamment éloigné du point de départ de la bille, les durées d'occultation des 2 photodiodes sont égales.
a/ Quel est le mouvement de la bille entre les 2 photocapteurs?
b/ Comment peut-on évaluer la vitesse instantanée de la bille?
3/ Quelle relation les forces vérifient elles? Exprimer littéralement cette relation.


Posted by: Dominique Lefebvre

Citation:
Posté par magmatique
Bonjour, vous pouvez m'aider à faire cet exercice?
(merci d'avance)

Un viscosimètre de travaux pratiques est constitué d'un long tube vertical contenant un liquide transparent et d'une bille en acier de diamètre d=10mm et de masse m=4.10g.
La bille est maintenue immergée dans le liquide à la partie supérieur du tube par un électroaiment; l'ouverture du circuit de ce dernier libère la bille.
Arrivée au fond du tube, la bille est ramenée à sa position de départ grâce à un aiment en U guidé par l'expérimentateur.
2 phototiodes, chacune étant éclairée par une diode électroluminescente, sont disposées selon une génératrice verticale du tube à une distance h=18 cm.

Ces photodiodes sont connectées aux entrées d'un oscilloscope à mémoire. Le passage de la bille opaque devant une photodiode interrompt le faisceau lumineux; la tension électrique détectée par un ocilloscope passe alors du niveau + 5V au niveau 0, puis reprend le niveau +5 V lorsque l'occultation est terminée.

1/ Schématiser les oscillogrammes enregistrés.
2/ L'expérience montre que, si le premier photocapteur est sufisamment éloigné du point de départ de la bille, les durées d'occultation des 2 photodiodes sont égales.
a/ Quel est le mouvement de la bille entre les 2 photocapteurs?
b/ Comment peut-on évaluer la vitesse instantanée de la bille?
3/ Quelle relation les forces vérifient elles? Exprimer littéralement cette relation.


Bonjour,

Commençons par situer l'expérience et donner quelques pistes:
- on observe la chute d'une bille dans un liquide. C'est à dire que la bille est soumise à son poids et à une force de frottement (en sens inverse). Fait dont il faudra tenir compte pour établir la formule littérale.
- sur le système de mesure: lorsque la bille passe devant une photodiode, le signal passe de +5V à 0 puis repasse à +5V lorsque la bille a fini de traverser le champ de "vision" de la photodiode. Le signal a donc la forme d'un créneau 5V 0V 5V dont il faut calculer la largeur. La bille a un diamètre d=10-2m et chute à une vitesse de v m.s-1. La durée de l'occultation est donc la durée que la bille met à parcourir la distance d. Cela te donne la largeur du créneau.
- on te dit que les deux créneaux ont la même largeur (lorsque le régime de chute est établi). Leur largeur dépend de la vitesse de la bille (son diamètre est constant). Donc si la vitesse de chute est constante, la largeur des créneaux est identique (aux erreurs de mesure près). Sur ton scope, tu lis la largeur des créneaux et donc tu peux en faire les déductions qui vont bien sur la vitesse de chute (constante ou pas) et sur la nature du mouvement.
- on peut calculer la vitesse instantanée de la bille en l'approximant par le résultat d/t si d est le diamètre de la bille et t la largeur d'un créneau d'occultation (attention aux unités).
- enfin pour déterminer l'équation du mouvement de la bille, tu peux appliquer le principe fondamental de la dynamique en faisant le bilan des forces qui s'appliquent sur la bille: son poids, le frottement visqueux, etc...
A toi de voir le etc...

Je pense, vu le titre, que l'objet de la manip est de déterminer le coefficient de viscosité du liquide. Il doit donc apparaître qq part dans ton équation!

Bon courage.


Posted by: magmatique

merci beaucoup :)
Mais je ne comprend pas pourquoi " La bille a un diamètre d=10-2m" c'est pas d=10mm?


Posted by: magmatique

ha non c'est bon j'ai compris :)
Désolé :)


Posted by: magmatique

je ne comprend toujours pas comment on a la largeur du créneau vu que tu me dis de lire sur le scop mais il n'y en a pas dans l'énoncé et tu me dit v=d/t mais nous n'avons ni v, ni t :(


Posted by: Dominique Lefebvre

Citation:
Posté par magmatique
je ne comprend toujours pas comment on a la largeur du créneau vu que tu me dis de lire sur le scop mais il n'y en a pas dans l'énoncé et tu me dit v=d/t mais nous n'avons ni v, ni t :(


L'énoncé te dit :
"Ces photodiodes sont connectées aux entrées d'un oscilloscope à mémoire. Le passage de la bille opaque devant une photodiode interrompt le faisceau lumineux; la tension électrique détectée par un ocilloscope passe alors du niveau + 5V au niveau 0, puis reprend le niveau +5 V lorsque l'occultation est terminée."

et te demande:

"1/ Schématiser les oscillogrammes enregistrés." et "b/ Comment peut-on évaluer la vitesse instantanée de la bille?"

Il s'agit d'imaginer l'expérience (tu peux sans doute la faire au labo).

Allons y:

Avant que la bille n'atteigne la photodiode la plus haute, le signal issu de cette photodiode est à +5V (hypothèse de l'énoncé).
Lorsque la bille atteint la photodiode, elle intercepte le faisceau lumineux, le signal électrique tombe à 0V (hypothèse de l'énoncé).
Le signal est à 0V tant que la bille sera devant la diode. Et elle sera devant la diode le temps de parcourir 10 mm (son diamètre).
Sur ton scope, tu peux lire ce temps (sais-tu lire un oscillogramme?).
Même principe lorsque la bille arrivera sur la 2eme diode.

Donc, sur ton scope tu peux lire deux infos dont tu as besoin:
- la durée d'un créneau 5V 0V 5V, posons là égale à t. Alors la vitesse v instantanée de chute de la bille est égale à d/t. c'est la réponse b/
- la durée qui sépare les deux créneaux provoqués par le passage de la bille sur les deux photodiodes. Cela te permet de vérifier si la vitesse est constante (v instantanée =? v entre les deux diodes) et donc de qualifier le mouvement, et de vérifier l'hypothèse de ton énoncé en 2/

Je ne sais pas si je suis bien clair...


Posted by: magmatique

ah ok j'ai compris :) merci
mais pour la 1 on ne peut pas avoir la largeur du créneau?


Posted by: Dominique Lefebvre

non, c'est pour ça que l'énoncé te demande de schématiser l'oscillogramme.

Le principe de la manip, c'est justement de mesurer la vitesse de chute en régime établi. Connaissant la masse de la bille et la vitesse de la chute, la magnifique équation différentielle que tu vas écrire pour répondre à la dernière question te fournira le coefficient de frottement visqueux d'où la viscosité du liquide...


Posted by: magmatique

ok merci beaucoup je vais essayer de faire la suite :)










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