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Quelles sont les meilleures conditions de glisse sur neige? Bouillard –Gentils Aurélie MPSI2.

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1 Quelles sont les meilleures conditions de glisse sur neige? Bouillard –Gentils Aurélie MPSI2

2 Plan

3 I-La neige II-Structure ski III-Les forces Particularité de la neige : Il existe plusieurs types de neige plus ou moins favorables à la glisse. La neige se forme par la précipitation de cristaux de glace, ces cristaux ont une structure en :

4 Les différents cristaux I-La neige II-Structure ski III-Les forces Lhumidité favorise lapparition de cristaux de glace qui regroupés forment des flocons. En deçà de 40°C, la vapeur deau se solidifie en cristaux de glaces sinon, pour des températures plus élevées, la poussière minérale subit la cristallisation qui conduit à des gouttelettes deau en suspens dans latmosphère. Par ailleurs, au contact de la neige, les gouttelettes sévaporent et la vapeur se solidifie par sublimation pour augmenter le nombre de cristaux. La neige présente différents aspects : elle peut être froide, humide, mouillée…, facteurs qui ont une influence directe sur ladhérence du ski et la glisse.

5 Importance de la quantité deau I-La neige II-Structure ski III-Les forces Le ski ne glisse pas sur la neige mais sur une mince pellicule deau. Au contact de la neige, le ski fait croitre une pression et des frottements qui produisent un échauffement qui fait fondre la neige. Ainsi, une pellicule deau se forme, si celle-ci nest pas très épaisse, la neige adhère au ski cest le givrage. Au contraire si elle est trop épaisse, les skis sont collés au sol par effet ventouse (phénomène provoqué lorsque la neige est trop humide, particulièrement au printemps).

6 Transfert de chaleur Neige à θf=0°CNeige à θi°C Eau à 0°C Q=Q1+Q2 I-La neige II-Structure ski III-Les forces Q1Q2 De plus, on peut grâce aux notions physiques calculer lépaisseur de la couche deau : Lorsque le ski glisse sur la neige, on constate un transfert de chaleur Q qui transforme la neige en eau. Q1=m.c(θi-θf) : cest la quantité dénergie transférée sous forme de chaleur reçue par la neige. Q2=m.Lf=R.AB.cos(f.AB) : cest la quantité dénergie reçue par une masse m de neige lors de la fusion.

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9 Épaisseur en µm Température de la neige en °C I-La neige II-Structure ski III-Les forces Epaisseur de la couche deau La température idéale de la neige pour la glisse est donc située entre -9°C et -5°C. En effet, si la couche deau est trop importante, cest-à-dire lorsque la température est « élevée », il y a un effet ventouse qui stoppe le glissement du ski. De même, si la neige est vraiment très froide (-12°C et moins), les gouttelettes deau se forment difficilement et le ski glisse moins bien.

10 I-La neige II-Structure ski III-Les forces Lépaisseur de la couche deau a un aspect fondamental cest pourquoi, on utilise du fart. Cest une paraffine hydrophobe qui permet la glisse des gouttelettes deau sur le ski. Ainsi, selon la condition de la neige, cest-à- dire de sa température…, il existe différents types de farts spécifiquement adaptés.

11 Composition dun ski carre noyau semelle I-La neige II-Structure ski III-Les forces Vue du ski de profil

12 *Les carres : Elles permettent de tenir sur la neige lors des virages. Elles sont très dures donc très solides faites à partir dacier. Elles permettent de réduire les frottements avec la neige et ainsi daugmenter la vitesse de glisse. Désormais, grâce à ce type de carres les skieurs peuvent réaliser des virages coupés, cest-à-dire sur les carres. La courbure des carres permet leur enfoncement dans la neige. Ainsi, lorsque le skieur sincline pour tourner, les carres vont diriger le skieur de sorte quil suive larc de cercle décrit par la forme du ski. Cest alors le ski qui prend en charge le skieur et non linverse. Ainsi elles permettent aux skieurs des conditions de glisse maximales et ce même dans les virages. *Le noyau : Il est composé de matériaux légers, résistants, de faible viscosité qui allège le ski tout en gardant les meilleures conditions de glisse. *La semelle : Cest elle qui assure directement la glisse du ski puisquelle est au contact de la neige. Sur la semelle, on trouve des rainures invisibles car minuscules (5 à 10 µm : de la taille du film deau) qui elles aussi facilitent la glisse. En effet, la pellicule deau produite lors de la glisse va être dirigée par ces rainures et la pression de lair emprisonnée dans ces sillons va chasser leau. Ainsi les conditions de glisse seront optimales.

13 Comparaison des rayons Les nouveaux skis sont paraboliques et permettent aux skieurs deffectuer des virages avec un rayon inférieur à celui des anciens skis favorisant ainsi la glisse.

14 Les Forces α α Rn Rt m.g y x I-La neige II-Structure ski III-Les forces R A En projetant les forces, on obtient:

15 Soit tanФ= le coefficient de frottement. Doù Rt=Rn.tanФ=mg.cosα.tanФ On obtient ainsi : mgsinα-mgcosα.tanФ- ρCSv²=m. Or tanФ est de lordre de 0,05. Ainsi, pour atteindre la plus grande vitesse possible, le skieur cherche la position la plus aérodynamique du ski et non le ski possédant le moins de frottements. Lors de la glisse, le skieur est soumis à des forces qui influent sur sa glisse. Linclinaison de la piste, la masse du skieur… sont des facteurs qui entre en compte dans la vitesse de descente du skieur. Par exemple: I-La neige II-Structure ski III-Les forces

16 Influence expérimentale de la masse Uniquement la masse du ski En ajoutant à la masse du ski 400g I-La neige II-Structure ski III-Les forces

17 Influence de la masse I-La neige II-Structure ski III-Les forces Masse du skieur (en kg) Vitesse du skieur (en km/h) Plus la masse du skieur est importante ou même celle du ski, plus la vitesse de descente est importante et donne au skieur une sensation de glisse optimale.

18 Influence de linclinaison de la pente I-La neige II-Structure ski III-Les forces Vitesse du skieur (en km/h) Inclinaison de la pente (en °) Plus la pente (angle α) est importante plus le skieur descendra vite.

19 Par ailleurs les coefficients de frottements ont également une influence sur la vitesse de descente du skieur. Les frottements sont nécessaires pour bien glisser et il ne faut donc pas réduire ces forces au minimum. Cest pourquoi, une piste où quelques skieurs sont déjà passés vaut mieux quune piste bien damée. De plus, lénergie dissipée par les frottements permet lapparition dun film deau liquide bien que la neige soit très froide. Les deux surfaces séparées par le film deau vont alors glisser et un frottement proportionnel à leur vitesse relative et inversement proportionnel à lépaisseur de la couche deau va apparaître. Ce frottement est un frottement visqueux. (Ainsi un film deau ininterrompu se forme entre la semelle et la neige lors de la glisse.) Mais les frottements sont très réduits. Les coefficients de frottements ont également une influence sur la vitesse de descente du skieur. En effet même si les frottements sont nécessaires, une fois la quantité suffisante atteinte, le surplus de frottements ralenti la vitesse de glisse I-La neige II-Structure ski III-Les forces

20 Facteurs qui améliorent la glisse:. Température de la neige: -9 à -5°C. Epaisseur de la couche deau : 6 à 7 µm. Structure du ski optimale. Aérodynamisme …. Facteurs qui réduisent la vitesse de glisse:. Neige: sous forme deau. Masse du skieur: trop importante. Pente pas assez inclinée ….


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