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Experience:

Le rôle de la forme dans l'hydrodynamisme

Afin de vérifier l’hypothèse que la forme d’un objet influe sur les résistances que celui-ci subit et donc sur sa vitesse, nous avons mis en place l’expérience suivante :

Nous avons fabriqué 4 objets de même masse (15g chacun) en pâte fimo (photo objets) et avons étudié leur temps de chute à travers 20 cm d’eau. Les objets étaient une sphère, un cube, une pyramide à 4 faces un objet en forme de goutte d'eau s'approchant de la forme hydodynamique optimale.

Nous avons réalisé avec l'aide de Mme Bazot le montage suivant:

Protocole:

Deux faisceaux laser posés l'un sur l' autre avec 20 cm d'intervalle traversent une cuve d'eau d'environ 40 cm de haut, ceux-ci arrivent chacun sur l'objectif d'une caméra, les deux caméras sont reliés au logiciel "Regavi" qui permet de mesurer les durées d'intervalles entre les changements de lumière sur les caméras. Les objets en tombant dans l'eau coupe les faisceaux laser lorsqu'ils passent devant et le logiciel peut ainsi meusurer la durée de la chute.

Chaque forme a été filmée pendant sa chute, puis les vidéos ont été ralenties 5 fois afin de mieux constater les différences au niveau du ralentissement de chaque objet

Chute du cube

Vitesse normale Ralentie 5x

Chute de la Pyramide

Ralentie 5 x

Chute de la Sphère

Vitesse normale Ralentie 5x

Chute de la Goutte

Vitesse normale Ralentie 5x

Observations:

Les résultats obtenus sont en accord avec les résultats attendus puisque la « goutte d’eau » a bien été la plus rapide avec un temps de chute de 0,65 secondes, suivie de la sphère en 0,78 secondes puis de la pyramide en 0,92 secondes et enfin le cube, le plus lent, en 1,21 secondes.

On a également remarqué que certaines formes telles que la goutte et la pyramide tombent plus rarement selon une trajectoire linéaire que la boule ou le cube.

Conclusion:

Les résultats de l'expérience peuvent manquer de précision en raison du fait que les objets ont été réalisé à la main, néanmoins, les résultats obtenus pour chaque objet sont suffisamment différents pour être exploitables.

On a constaté que le cube, avec ses 6 faces planes est tombé près de deux fois plus lentement que la goutte qui est de très loin plus rapide que les autres. Les objets lâchés ont la même masse, la même densité et par conséquent, le même volume, ils sont fait dans le même matériau donc leur rugosité est la même, seule la forme les différencie. Nous pouvons donc en conclure avec certitude que la forme de l'objet joue un rôle dans son hydrodynamisme.

On peut aussi confirmer que la forme de la goutte d'eau, c’est à dire arrondi à l'avant et pointu à l'arrière est plus hydrodynamique qu'une sphère régulière ou une pyramide. Le cube et la pyramide présente tous deux une face plane vers le bas lors de leur descente mais le cube est nettement plus ralenti, la forme à l'arrière de l'objet joue donc un rôle dans son hydrodynamisme, et un arrière ou un avant plat le ralenti beaucoup plus. On constate enfin que, à l'exemple de la pyramide qui, peu importe son sens au départ finit toujours avec la base vers le bas, l'hydrodynamisme d'un objet dépend aussi de son orientation et de la répartition de la masse de l’objet au sein de son volume.