TP 8 de Physique : Mode de propulsion par réactionTS

Compétence : Mettre en oeuvre une démarche expérimentale pour interpréter un mode de propulsion par réaction à l’aide d’un bilan qualitatif de quantité de mouvement.

Introduction : Le mode de propulsion des fusées a permis à l’Homme d’envoyer des satellites, des sondes spatiales et des êtres humains dans l’espace pour explorer l’Univers.

I.Étude d’une fusée
Le premier satellite artificiel de la Terre, Spoutnik-1, fut lancé par l’URSS le 4 octobre 1957. Ce lancement marqua le début de la conquête spatiale. Depuis, plus de 5000 satellites, sondes interplanétaires et vaisseaux habités ont été envoyés dans l’espace grâce à des fusées, comme Ariane 5 qui est l’actuel lanceur européen.

Données concernant le décollage d’Ariane 5 :
Masse : 780 tonnes ; hauteur : 52 m ;

Moteurs activés : 2 propulseurs à poudre (PAP) et un moteur Vulcain.

PAP : mis en fonction pendant 130 s, ils fournissent 90% de la poussée. Lorsque la fusée atteint 60 km d’altitude, les PAP sont largués.
Quantité de poudre consommée : 2 × 237 tonnes (consommation : 3,65 tonne.s-1).
Vitesse des gaz éjectés : environ 2800 m.s-1.

Moteur Vulcain : moteur cryotechnique à H2 et O2 liquides.
Capacité : 158 tonnes.
Temps de mise en fonction : 589 s.
Consommation : 270 kg.s-1.
Vitesse des gaz éjectés : environ 4000 m.s-1.

Investigation : comment expliquer l’ascension de la fusée ?
Quelques idées : La fusée a-t-elle besoin de l’air pour voler ? Pourrait-elle voler dans le vide ?

II.Expérience
1.Protocole expérimental
On dispose de deux mobiles constitués de deux barreaux aimantés fixés sur deux plaques minces. Les mobiles ont une masse de 392 g et de 198 g. Ils sont maintenus l’un contre l’autre sur une table soufflante horizontale ; on les lâche simultanément et ils se mettent en mouvement sous l’effet de l’interaction magnétique des aimants.

2.Acquisition et exploitation des données expérimentales
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