Frottements fluides : traînée linéaire et quadratique
Terminale générale Spé · Physique-Chimie Spé Terminale
À retenir
• Traînée fluide : toujours opposée au vecteur vitesse v. • Faible vitesse (Stokes) : f = k v (force linéaire). • Vitesse élevée (aérodynamique) : f = 1/2 S C_x v^2 (force quadratique). • Facteur de forme : le profilage aérodynamique (faible C_x) réduit considérablement les frottements.
Le cours
Modélisation de la force de frottement fluide (traînée) Lorsqu'un corps se déplace dans un fluide réel (air ou liquide), il subit une force de frottement fluide appelée force de traînée f, toujours opposée au vecteur vitesse : 1. Régime laminaire (faible vitesse) : la force de frottement est proportionnelle à la vitesse (loi de Stokes) : f = -k\,v = -6 R\,v où k est le coefficient de frottement linéaire et la viscosité dynamique. Applicable aux petites particules, gouttes de brouillard ou billes dans l'huile. 2. Régime turbulent (vitesse usuelle et élevée) : la force de frottement devient proportionnelle au carré de la vitesse : f = -k'\,v\,v = -1/2_air S C_x v^2\,vv où est la masse volumique du fluide, S le maître-couple (surface frontale) et C_x le coefficient de traînée aérodynamique.
Dans ce chapitre
- Caractéristiques du champ de pesanteur uniforme
- Champ électrostatique uniforme entre armatures parallèles
- Énergie cinétique et travail d'une force constante
- Équation différentielle du mouvement d'un projectile dans g
- Équations horaires de la vitesse et de la position
- Équation cartésienne de la trajectoire parabolique
- Étude analytique du sommet de la trajectoire (flèche)
- Portée du tir horizontal et angle de tir optimal
- Frottements fluides : traînée linéaire et quadratique
- Vitesse limite de chute verticale dans un fluide visqueux
- Particule chargée dans un champ électrostatique uniforme
- Déflexion électrostatique et accélération de particules
- Théorème de l'énergie cinétique et énergie mécanique
- Bilan : Synthèse et méthode sur les mouvements dans un champ uniforme