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TPE sur les ricochets

Ce prezi est la production de notre TPE présentant nos recherches et nos conclusions.
by

Alexis HOCQUET

on 17 March 2013

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Transcript of TPE sur les ricochets

Nous avons dû... Merci d'avoir visionné
cet exposé jusqu'au bout.

Il a été réalisé par les élèves de 1èreS2
Jean Fort,
Romain Chateigner
Alexis Hocquet Nous avons essayé d'entrer en contact avec Lydéric Bocquet (un chercheur français ayant fait de nombreux articles scientifiques sur les ricochets ) en lui écrivant un mail... mais sans succès. Faire de nombreuses expériences, comme celle de la toupie, ou du lanceur de ball-trap, celle des galets d'argile également.
Nous avons aussi dû nous mettre personnellement à faire des ricochets De ce fait, ces expériences, ou plutôt ces "mises en pratique" ont permis de confirmer nos recherches. Dans cet exposé il y a de nombreux documents que nous avons extrait de sites internet. Nous avons cherché à vulgariser la physique du ricochet qui est très complexe. Nous avons passé deux après-midis à mettre en pratique ce que nous savions sur les ricochets. Ces expériences ont dû être réalisées minutieusement mais elles restaient néanmoins imprécises. Nous en étions conscients. La conclusion fut que nos "expériences" concordaient avec les recherches. Lorsqu'il y avait une quinzaine de rebonds nous nous interrogions entre nous pour savoir pourquoi il y en avait autant. Les résultats étaient parfois surprenants mais avec du recul nous arrivions toujours à trouver une explication. Quelques Sources :
==> http://asteriksme.free.fr/TIPE/ricochets.htm
==> http://www.odpf.org/anterieures/xvii/gr-18/pdf/memoire_18.pdf
==> http://www.larecherche.fr/savoirs/physique/art-ricochets-01-06-2003-89183
==> http://fr.wikipedia.org/wiki/Portance_(m%C3%A9canique_des_fluides)
==> http://www.sirtin.fr/2008/08/28/les-ingredients-dun-bon-ricochet/ En faisant nos recherches nous avons également fait la rencontre de Skyppy, le lanceur de galets !

Et nous allons vous laisser sur cette dernière création saugrenue de scientifiques américains. FIN EXTRA Je me souviens d'une expérience que mes enfants avaient fait pour un TPE. Ils avaient utilisé une toupie et un lanceur de toupie. La toupie était toujours la même, elle était lancée à la même hauteur sur une surface plane. La vitesse de rotation était le seul facteur qui variait. Ils tiraient plus ou moins fort sur le lanceur pour la faire tourner plus ou moins vite. Pour battre le record du monde, je dois mettre toutes les chances de mon côté. Comment faire le plus grand nombre de ricochets ?
Il faut que je lance mon galet avec force. Un galet plat et rond de préférence. Mais il faut que je le lance avec une inclinaison optimale et avec une trajectoire pertinente. Il ne faut surtout pas que j'oublie de faire tourner la pierre ! Je dois lancer le galet fort, c'est à dire lui donner une vitesse idéale. La force de portance de formule : Fz= 1/2ϱSV²Cz est
la force majeure intervenant dans le phénomène de ricochet. Il s'agit de la force exercée par l'eau sur le galet. Quand le galet rentre en contact avec la surface de l'eau il déplace le fluide qui peut le dévier de sa trajectoire en lui donnant l'impulsion nécessaire pour le faire repartir. Néanmoins j'ai entendu dire qu'une vitesse trop importante tendait à diminuer la force gyroscopique.
D'après des scientifiques la vitesse optimale est de 60km/h. En ce qui concerne la trajectoire je dois être vigilant : de nombreux angles entrent en jeu. Au fait, est-ce que mon galet a la bonne forme ? Dans la formule de portance (Fz= (1/2)ϱSV²Cz) : V² (en m/s) représente la vitesse du lancer. Donc plus on lance fort, plus la force de portance sera élevée. Les deux angles les plus importants sont l'angle d'attaque (ici θ) et l'angle d'incidence (ici β). Mais l'angle d'incidence fait varier un autre facteur de la formule de portance : le coefficient de portance Cz.
Je me rappelle de ce graphique (à droite), où le coefficient de portance variait en fonction de l'angle d'incidence. Quand l'angle d'incidence est entre 0 et 9° ou supérieur à 18°, le coefficient de portance est inférieur à 1, donc la force de portance est diminuée. Quoi qu'il en soit pour que le coefficient de portance soit important il faut que l'angle d'incidence soit de 16° environ. Je sais que des scientifiques ont fait des expériences en faisant varier les angles d'incidence et d'attaque. Ils ont ensuite répertorié dans un graphique (à gauche) quand la pierre rebondit et quand elle ne rebondit pas. Si j'en crois leurs résultats il faut que mon angle d'incidence et mon angle d'attaque soient d'environ 20° pour que ma pierre ricoche dans les meilleures conditions. C'est bon pour la trajectoire ! Mon angle d'attaque doit être d'environ 20° et mon angle d'incidence de 15°, 16°... Il va falloir être précis ! Au fait, mais à quoi à sert la force gyroscopique ? La force gyroscopique, c'est une force résultant de la rotation du galet. Plus le nombre de tours par seconde effectué par le galet est grand, plus la force gyroscopique sera importante.

Ça marche comme une toupie. Pour les ricochets, cette force permet, comme avec la toupie, de faire de nombreux rebonds. Une fois j'ai essayé de faire des ricochets avec un lance-pierre ! Mais évidemment il n'y avait pas de force gyroscopique... Ma pierre a coulé. La force gyroscopique permet de stabiliser le galet. Plus le galet tourne vite, sur lui même plus il est stable. Cette stabilité est primordiale pour faire beaucoup de rebonds. Quand la pierre rentre en contact avec l'eau et qu'elle subit la force de portance, elle peut être déstabilisée et ainsi perdre sa position. Si le galet perd sa position, l'angle d'incidence et d'attaque ne sont plus idéaux et la pierre ne rebondira plus ou rebondira moins. J'ai déjà fabriqué mes propres galets ! Je me suis servi d'argile pour donner la forme que je voulais à mes projectiles.

J'en avais fait des épais, des fins... De ce fait, certains étaient lourds d'autres plus légers. Il doit être plat, mais ce n'est pas tout. J'ai fait en sorte de varier les formes de mes projectiles. Des galets rectangulaire, ovales, en étoile... J'en avais fait des petits, des moyens, des plus gros... La force de portance (Fportance) s'exerce vers le haut tandis que la force de gravitation de la Terre (P) s'exerce vers le bas. Donc plus le galet est léger plus P est faible et plus la force de portance est élevée. C'est pourquoi il est préférable d'utiliser un galet plat. Les galets doivent avoir une surface importante, c'est un autre facteur pouvant augmenter la force de portance : S. Ce facteur S est celui de la surface en contact avec l'eau (en lien avec le volume immergé). Plus la surface est grande, plus la force de portance est importante en conséquence. Mais la pierre ne doit pas non plus être immense ! Il faut noter que l'ergonomie ne doit pas être négligée. Le galet doit épouser la forme de la main. De ce fait il ne doit être ni trop gros, ni trop petit, ni pointu. La forme ovale est parfaite. Elle permet à la fois de tenir correctement le projectile pour le lancer avec force mais également de le contrôler pour pouvoir le faire tourner. Le galet doit être plat, ovale et de la taille de la main pour que la vitesse du lancer soit correcte, et permettre avec un léger mouvement de l'index de faire tourner la pierre. Après avoir perdu un pari, je devait faire des ricochets avec un lanceur de ball-trap manuel ! Même avec une trajectoire idéale et une vitesse adéquate, mon galet coulait au bout de quelques rebonds. De plus le «pigeon d'argile» (l'assiette) tournait, donc le problème ne venait pas de la force gyroscopique. Donc, j'en ai déduit que le problème venait de la forme du projectile.
En regardant le pigeon d'argile de plus près, j'ai tout de suite compris que ça forme arrondie posait problème. Si l'assiette avait été plane, elle aurait eu une surface de contact plus grande. Dans le cas d'une forme arrondie, une partie du projectile n'est pas en contact avec l'eau et n'influe pas sur la portance. Néanmoins cette partie rajoute un poids. Ce poids, je le rappelle, est une force qui a un sens contraire à la force de portance. En bref, le pigeon d'argile a une forme faisant diminuer la force de portance par rapport à un galet plat. Mais qu'est-ce qui est le plus important entre tous ces facteurs ?
Est-ce la trajectoire ? La vitesse ? La force gyroscopique ? La forme ? En fait, ils sont tous aussi importants les uns que les autres. Si un de ces facteurs est négligé il n'y aura pas de ricochets. Par exemple, si la vitesse est de 60 km/h, si les angles d'incidence et d'attaque sont d'environ 16° et si la forme est optimale mais que la rotation est nulle il y aura très peu de rebonds (un ou deux). Mais d'autres facteurs interviennent.
Il y a les frottements de l'air (une rafale de vent) qui peuvent empêcher de faire un grand nombre de ricochets. Il y a aussi la densité de l'eau qui modifie le coefficient de portance (Cz) et de ce fait peut faire varier la force de portance. Les ricochets ont aussi été étudiés en balistique, ce phénomène était exploité pour que les bombes rebondissent sur l'eau (ou le sol) afin de toucher (par rebond) des cibles protégées. Mais, il n'y a pas de mal à faire d'inoffensifs ricochets sur l'eau ! Le record de ricochets en 2009 est détenu par l'américain Cyril Jarton : il a fait 51 rebonds Donc plus la vitesse de rotation est grande plus il y a de rebonds.
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