Terminale STI2D Approfondissement gratuit
Vitesse d'un mobile avec frottements et vitesse limite
Énoncé
Un objet de masse kg tombe dans l'air en partant sans vitesse. En tenant compte des frottements, sa vitesse (en m/s, en secondes) vérifie l'équation différentielle , avec m/s et un coefficient de frottement kg/s. Au départ, . Déterminer l'expression de , puis en déduire la vitesse limite atteinte par l'objet. Calculer enfin la vitesse au bout de 10 secondes (arrondir au centième).
Besoin d'un coup de pouce ?
- Divise toute l'équation par la masse pour faire apparaître la forme . Tu obtiendras .
- La vitesse limite est la valeur d'équilibre : c'est aussi la vitesse pour laquelle , c'est-à-dire quand l'objet n'accélère plus. Pose et isole .
- Écris , puis utilise : tu trouveras que est l'opposé de la vitesse limite.
Mode élève : cherche d'abord par toi-même (les coups de pouce sont là pour t'aider), puis passe en vue « Corrigé » pour vérifier.
Voir le corrigé détaillé
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1. Mettre l'équation sous la forme du cours
On divise l'équation par : , que l'on réécrit . C'est une équation avec et . -
2. Déterminer la vitesse limite (régime permanent)
La vitesse limite correspond au régime permanent, c'est-à-dire à la valeur d'équilibre . On calcule : . La vitesse limite est donc m/s (soit environ km/h). -
3. Écrire la solution générale
D'après le cours, , soit , où est une constante à déterminer. -
4. Utiliser la condition initiale
L'objet part sans vitesse : . Or . On résout , donc . -
5. Écrire l'expression de la vitesse
On remplace par : , que l'on factorise. La vitesse est m/s. Vérification : quand devient grand, et m/s, la vitesse limite trouvée plus haut. -
6. Calculer la vitesse après 10 secondes
On remplace par : . Comme , on obtient . Après 10 secondes, l'objet va à environ m/s, soit déjà près de de sa vitesse limite.
Réponse finale
Ta progression