Physique de parachutisme

Parachutiste

Un parachute est un appareil qui crée beaucoup de résistance pour ralentir le mouvement d’un objet à travers d’une certaine atmosphère. Ils sont fabriqués de matériaux légers comme la soie ou le nylon. Pour qu’un parachute soit légitime, il doit diminuer la vitesse d’un objet d’un minimum de 75%.

Étymologie

Le mot parachute vient du mot français pour para qui signifie « préparer pour » ou « protéger contre » et le mot chute, autre mot français signifiant « tomber. » Le mot était inventé initialement par Jean-Pierre Blanchard en 1785.

Forces

Le parachutiste tombe sans parachute

Le parachutiste relâche son parachute

Lors du parachutisme, il y a deux forces qui agissent sur le parachutiste, soit la force de la gravité qui agit vers le bas et la force de la résistance de l’air qui agit vers le haut. Lorsque le parachutiste tombe de l’avion sans parachute, la force de la résistance de l’air est beaucoup plus petit que celui de sa force de gravité et il accélérera. Éventuellement, la force de la résistance augmente pour aller à l’encontre de la force de la gravité et ils seront égaux. Le parachutiste qui tombe horizontalement rencontre plus de résistance d’air que celui qui tombe verticalement à cause que sa surface sera supérieure. Lorsque le parachutiste relâche son parachute, l’air entre et celle-ci impose une force vers le haut contre le parachute. Cependant, la gravité continue à tirer le parachute vers le bas. La force de la résistance de l’air deviendra plus grande que celui de la gravité. Éventuellement, la force de la résistance de l’air diminuera pour encore une fois aller à l’encontre de la force de gravité.

Accélération

Graphique Vitesse-Temps

Au moment où le parachutiste sort de l’avion, il accélère. Mais, pour la même raison que les forces s'équilibrent, il arrêtera son accélération. Le moment où le parachutiste arrête d’accéléré, il a atteint une vitesse terminale. À ce moment, la force de la gravité est équivalente à la force de la résistance de l’air. Depuis qu’ils sont des forces opposées, ils s’annulent. Ni l’un n’est supérieure à l’autre, alors il n’y aura pas d’accélération. Au moment où le parachute est relâché, il décélère. Son accélération diminuera encore une fois, jusqu’au point où il arrête à avoir des changements dans la vitesse, et il atteindra encore une fois une vitesse terminale. Cette vitesse sera inférieure à celle atteint lorsque le parachute n’était pas relâcher parce que le valeur de la résistance de l’air sera plus grande.

Résistance

La résistance de l’air agit beaucoup sur la vitesse du parachutiste. Plus la résistance est importante, plus la vitesse diminue, ce qui assure un atterrissage en sécurité. Pour calculer le montant de résistance qu’il y a:

où D est le force de résistance, C est le coefficient de frottement, ρ est le densité de fluide à travers lequel l’objet voyage, A est la surface de l’objet perpendiculaire au direction du flux et ν est la vitesse de l’objet.

Masse

La masse joue un grand rôle dans la grandeur de la vitesse terminale. La vitesse terminale peut être calculée avec l’équation:

où m est la masse de l’objet, g est l’accélération de la gravité, C est le coefficient de frottement, ρ est la densité du fluide à travers lequel l’objet voyage et le A est la surface de l’objet perpendiculaire au direction du flux. Alors il est évident que la masse influe directement la vitesse terminale.

Sources

http://www.buzzle.com/articles/parachute-science-physics-of-parachutes.html

http://www.real-world-physics-problems.com/physics-of-skydiving.html

http://www.physicsclassroom.com/mmedia/newtlaws/sd.cfm

http://www.physlink.com/education/askexperts/ae536.cfm

http://waowen.screaming.net/revision/force&motion/skydiver.htm

http://ffden-2.phys.uaf.edu/211_fall2002.web.dir/DaneLenakerSkydiving/index.htm