Vitesse limite — Éducation physique, 14–17 ans
Pourquoi un objet qui tombe peut cesser d’accélérer alors que la gravité l’attire toujours vers le bas.
Un équilibre pendant la chute
Pendant une chute, la gravité attire l’objet vers le bas et la résistance de l’air le pousse vers le haut. Au début, la gravité est plus forte, donc l’objet accélère. La résistance augmente avec la vitesse jusqu’à égaler le poids ; la force résultante devient nulle et l’objet continue à vitesse limite constante.
Pourquoi la vitesse de chute a une limite
La phrase « la gravité fait accélérer les objets » ne suffit pas à prévoir ce qui se passe dans l’air sur une longue durée. Il fallait expliquer pourquoi les gouttes de pluie, les parachutistes et les objets qui tombent ne gagnent pas de vitesse indéfiniment. L’étude de la traînée a montré qu’un mouvement peut devenir régulier quand des forces opposées s’équilibrent.
Les forces sur un parachutiste
Un parachutiste a un poids de 700 N. Avant l’ouverture du parachute, la résistance de l’air vaut 200 N vers le haut : la force résultante est donc 700 − 200 = 500 N vers le bas et la vitesse augmente. Ensuite, la résistance atteint 700 N ; la résultante est nulle et la chute se fait à vitesse limite.
Une force nulle ne signifie pas être immobile
On croit souvent qu’un objet s’arrête lorsque la force résultante devient nulle. C’est compréhensible, car « aucune force » semble signifier « aucun mouvement ». Une force résultante nulle signifie qu’il n’y a pas d’accélération : un objet déjà en mouvement continue à vitesse constante, tandis qu’un objet immobile reste immobile.
Parachutes et retours en sécurité
Les parachutes sont conçus pour augmenter la résistance de l’air en présentant une grande surface. La nouvelle vitesse limite est beaucoup plus faible, ce qui laisse le temps d’atterrir sans danger. Les ingénieurs utilisent le même équilibre entre poids et traînée pour concevoir des capsules de rentrée et des systèmes d’évacuation.
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