←Retour à la documentation FizziQ Web

Objectif de la simulation

La simulation balistique deFizziQ Webpermet d’étudier le mouvement d’un projectile lancé depuis un canon.

Elle permet d’analyser :

  • la trajectoire d’un projectile

la trajectoire d’un projectile

  • l’influence de l’angle de lancement

l’influence de l’angle de lancement

  • l’effet de la vitesse initiale

l’effet de la vitesse initiale

  • l’influence de la résistance de l’air

l’influence de la résistance de l’air

  • l’évolution des positions au cours du temps

l’évolution des positions au cours du temps

Cette simulation peut être utilisée pour produire des données exploitables dans lecahier d’expériencede FizziQ Web.

Ce que vous allez apprendre

À la fin de cette activité, vous saurez :

  • régler les paramètres d’un tir balistique

régler les paramètres d’un tir balistique

  • lancer une simulation

lancer une simulation

  • enregistrer automatiquement des données

enregistrer automatiquement des données

  • exporter les données vers le cahier d’expérience

exporter les données vers le cahier d’expérience

  • analyser une trajectoire à partir d’un graphique

analyser une trajectoire à partir d’un graphique

Durée estimée : 10 à 30 minutes

Niveau conseillé : Collège – Lycée

Fonction utilisée : Simulation physique

Ouvrir la simulation balistique

Étape 1 : Accéder aux simulations

  • Dans la barre latérale gauche, cliquer surExpérimenter

Dans la barre latérale gauche, cliquer surExpérimenter

  • Ouvrir la sectionSimulations

Ouvrir la sectionSimulations

  • SélectionnerSimulation balistique

SélectionnerSimulation balistique

La fenêtre affiche :

  • un canon orientable

un canon orientable

  • un projectile

un projectile

  • un panneau de paramètres

un panneau de paramètres

  • des boutons de contrôle

des boutons de contrôle

Régler les paramètres du projectile

Avant de lancer une simulation, il est nécessaire de définir les conditions initiales.

Paramètres principaux

Deux paramètres sont toujours disponibles :

Vitesse initiale (v₀)Détermine la vitesse au moment du tir.

  • Valeurs : 10 à 100 m/s

Valeurs : 10 à 100 m/s

  • Valeur par défaut : 50 m/s

Valeur par défaut : 50 m/s

Angle de lancement (α)Détermine l’inclinaison du tir.

  • Valeurs : 15° à 85°

Valeurs : 15° à 85°

  • Valeur par défaut : 45°

Valeur par défaut : 45°

Ces paramètres influencent directement :

  • la portée

la portée

  • la hauteur maximale

la hauteur maximale

  • la durée du vol

la durée du vol

Paramètres avec résistance de l’air

Lorsque la résistance de l’air est activée, deux paramètres supplémentaires apparaissent.

Diamètre du projectile

  • Valeurs : 0,05 à 0,5 m

Valeurs : 0,05 à 0,5 m

  • Influence la surface exposée à l’air

Influence la surface exposée à l’air

Masse du projectile

  • Valeurs : 0,5 à 20 kg

Valeurs : 0,5 à 20 kg

  • Influence l’effet de la traînée

Influence l’effet de la traînée

Lancer une simulation et enregistrer les données

Dans toutes les simulations FizziQ Web, le boutonRECpermet de lancer et d’enregistrer les données.

Étape 1 : Démarrer la simulation

  • Régler les paramètres souhaités

Régler les paramètres souhaités

  • Cliquer surREC

Cliquer surREC

La simulation démarre immédiatement.

Pendant la simulation :

  • le projectile est lancé

le projectile est lancé

  • le temps s’affiche à l’écran

le temps s’affiche à l’écran

  • les positions sont enregistrées automatiquement

les positions sont enregistrées automatiquement

Étape 2 : Arrêter l’enregistrement

L’enregistrement s’arrête automatiquement :

  • lorsque le projectile touche le sol

lorsque le projectile touche le sol

ou manuellement :

  • lorsque vous appuyez à nouveau surREC

lorsque vous appuyez à nouveau surREC

À cet instant :

  • les données sont automatiquement exportées

les données sont automatiquement exportées

  • le cahier d’expérience s’ouvre

le cahier d’expérience s’ouvre

  • un graphique est créé automatiquement

un graphique est créé automatiquement

Ce fonctionnement correspond au mode standard d’export des données dans FizziQ Web.

Étape 3 : Enregistrer une simulation déjà lancée

Il est possible d’enregistrer une simulation en cours.

  • Lancer une simulation avecLâcher

Lancer une simulation avecLâcher

  • Cliquer surRECpendant le mouvement

Cliquer surRECpendant le mouvement

  • Les données sont enregistrées à partir de ce moment

Les données sont enregistrées à partir de ce moment

Cette méthode permet d’enregistrer seulement une partie du mouvement.

Comprendre les équations du mouvement

La simulation utilise deux modèles physiques.

Mouvement sans résistance de l’air

Sans résistance de l’air, la trajectoire suit une parabole.

Les équations utilisées sont :

Position horizontale :

x(t) = v₀ cos(α) t

Position verticale :

y(t) = v₀ sin(α) t − ½ g t²

Temps de vol :

T = (2 v₀ sin α) / g

Portée maximale :

R = (v₀² sin(2α)) / g

Ces équations décrivent un mouvement idéal.

Mouvement avec résistance de l’air

Lorsque la résistance de l’air est activée :

  • une force de traînée agit sur le projectile

une force de traînée agit sur le projectile

  • cette force dépend de la vitesse

cette force dépend de la vitesse

  • les calculs sont réalisés par une méthode numérique

les calculs sont réalisés par une méthode numérique

La force de traînée est proportionnelle au carré de la vitesse.

Elle réduit :

  • la portée

la portée

  • la hauteur maximale

la hauteur maximale

  • la durée du vol

la durée du vol

Observer la trajectoire

Pendant la simulation, plusieurs éléments visuels apparaissent.

Vous pouvez observer :

  • la trajectoire actuelle

la trajectoire actuelle

  • les trajectoires précédentes

les trajectoires précédentes

  • les distances horizontales

les distances horizontales

  • le temps écoulé

le temps écoulé

Chaque nouveau tir ajoute une trajectoire colorée différente.

Cela permet de comparer plusieurs expériences.

Export automatique des données

À la fin d’un enregistrement, les données sont envoyées automatiquement vers lecahier d’expérience.

Aucune action supplémentaire n’est nécessaire.

Les données apparaissent sous forme :

  • d’un tableau

d’un tableau

  • d’un graphique

d’un graphique

Les grandeurs disponibles sont :

  • Temps (s)

Temps (s)

  • Position X (m)

Position X (m)

  • Position Y (m)

Position Y (m)

Ces données peuvent ensuite être exploitées dans le tableau, comme dans les activités standards d’analyse de données.

Exploiter les données dans le cahier d’expérience

Une fois les données exportées, vous pouvez les analyser.

Actions possibles :

  • ajouter une nouvelle grandeur

ajouter une nouvelle grandeur

  • calculer une vitesse

calculer une vitesse

  • tracer plusieurs courbes

tracer plusieurs courbes

  • modifier les axes

modifier les axes

  • ajuster une courbe

ajuster une courbe

Ces manipulations utilisent les outils standards de gestion des tableaux dans FizziQ Web.

Activités pédagogiques recommandées

Activité 1 : Trouver l’angle optimal

  • Fixer la vitesse à 50 m/s

Fixer la vitesse à 50 m/s

  • Faire varier l’angle entre 15° et 85°

Faire varier l’angle entre 15° et 85°

  • Mesurer la portée

Mesurer la portée

  • Identifier l’angle donnant la portée maximale

Identifier l’angle donnant la portée maximale

Résultat attendu :

Sans résistance de l’air, l’angle optimal est proche de45°.

Activité 2 : Étudier l’effet de la vitesse

  • Fixer l’angle à 45°

Fixer l’angle à 45°

  • Faire varier la vitesse

Faire varier la vitesse

  • Comparer les trajectoires

Comparer les trajectoires

Objectif :

Observer que la portée augmente avec la vitesse.

Activité 3 : Étudier l’effet de la masse

  • Activer la résistance de l’air

Activer la résistance de l’air

  • Faire varier la masse

Faire varier la masse

  • Comparer les trajectoires

Comparer les trajectoires

Objectif :

Observer que les projectiles lourds sont moins ralentis.

Limites du modèle physique

La simulation repose sur des hypothèses simplifiées.

Principales limites :

  • coefficient de traînée constant

coefficient de traînée constant

  • densité de l’air constante

densité de l’air constante

  • absence de vent

absence de vent

  • absence d’effet de rotation

absence d’effet de rotation

  • gravité constante

gravité constante

Ces simplifications rendent le modèle adapté à un usage pédagogique.

Questions fréquentes (FAQ)

Pourquoi la trajectoire est-elle une parabole ?

Sans résistance de l’air, seule la gravité agit verticalement.Le mouvement horizontal reste uniforme.

Pourquoi la portée diminue-t-elle avec la résistance de l’air ?

La force de traînée ralentit le projectile.

Elle réduit progressivement la vitesse.

Pourquoi la masse n’a-t-elle pas d’effet sans résistance de l’air ?

Dans un modèle idéal, toutes les masses tombent avec la même accélération.

Peut-on comparer plusieurs tirs ?

Oui.Chaque tir reste visible avec une couleur différente.

Voir aussi

  • Introduction à la documentation FizziQ Web

Introduction à la documentation FizziQ Web

  • Créer un tableau de données

Créer un tableau de données

  • Ajouter une grandeur calculée

Ajouter une grandeur calculée

  • Tracer un graphique

Tracer un graphique

  • Exporter des résultats expérimentaux

Exporter des résultats expérimentaux