Notion de poids apparent

Présentation au sujet: "Notion de poids apparent"— Transcription de la présentation:

1 Notion de poids apparent
Mr Jeumont prends l’ascenseur pour monter au dernier étage de la tour de Benidorm (Espagne). On a le profil de vitesse v de la cabine en phase de montée. v h h2 De h1 à h2 : la vitesse de la cabine diminue ; la cabine ralentit. h1 De h0 à h1 : la vitesse de la cabine est constante. h0 De 0 à h0 : la vitesse de la cabine augmente ; la cabine accélère.

2 Notion de poids apparent
De 0 à h0 : la cabine accélère. Mr Jeumont se sent plus lourd que d’habitude. Il est soumis à l’accélération de l’ascenseur a en plus de l’accélération terrestre g. v h0 h h0 Son poids vaut : P = mg + ma P en Newton, m en kg, g et a en m/s² On parle de poids apparent. P

3 Notion de poids apparent
v h h0 h1 De h0 à h1 : la vitesse de la cabine est constante. Mr Jeumont se sent comme d’habitude. Il n’est soumis qu’à l’accélération terrestre g. Notion de poids apparent P Son poids vaut : P = mg P en Newton, m en kg, g en m/s² Comme quand il est sur terre !

4 Notion de poids apparent
v h h0 h1 h2 De h1 à h2 : la cabine ralentit. Mr Jeumont se sent plus léger que d’habitude. Il est soumis à la décélération de l’ascenseur a’ en plus de l’accélération terrestre g. P Son poids vaut : P = mg – ma’ P en Newton, m en kg, g et a’ en m/s² On parle encore de poids apparent.

5 Notion de poids apparent
Dans un manège qui tourne à vitesse de rotation constante, Mr Jeumont est soumis à : m.g son poids dû à l’attraction terrestre, Fc une force centrifuge due à la rotation du manège.

6 Notion de poids apparent
Dans un manège qui tourne à vitesse de rotation constante, Mr Jeumont est donc soumis à un poids apparent : Pa m.g Fc = + Pa m.g Fc Pa Pour les mêmes raisons, les aéronefs sont soumis à un poids apparent qui peut être différent de leur poids réel.

7 Définition du facteur de charge
On appelle n le facteur de charge, il indique le rapport entre la charge totale subie par la structure de l’avion et son poids réel. Définition : n = (poids apparent) / (poids réel) ou encore n = portance / poids. En vol stabilisé horizontal n = ? En vol stabilisé montée ou descente n < ? n = 1 n < 1 En vol stabilisé horizontal sur le dos n = -1 (la portance est comptée négativement). Vus les vitesses en jeu, le facteur de charge est plus important en virage et en changement de direction qu’en accélération ou décélération. Les effets sont donc plus sensibles en virage et en changement de direction .

8 1g correspond à n=1 donc pour cet appareil –1,52 < n < 3,8
Limites En pratique, la structure des avions doit supporter un poids apparent supérieur à son poids réel. La plupart des avions légers sont conçus pour supporter des facteurs de charge -2 < n < 4. Ces valeurs sont indiquées dans le manuel de vol de l’avion, voir ci-contre pour le Cessna 172 R. 1g correspond à n=1 donc pour cet appareil –1,52 < n < 3,8 (en catégorie normale volets rentrés).

9 Conséquences physiologiques
Le pilote et ses passagers supportent le même facteur de charge que l’avion. n proche de 0 : sensation d’apesanteur, n négatif : sensation d’être attiré vers le « haut », n < 1 : sensation de légèreté (on pèse moins lourd qu’au sol), n > 1 : sensation de tassement (on pèse plus lourd qu’au sol). En acrobatie aérienne et pour les avions de chasse, le facteur de charge est aussi appelé nombre de G (un G correspond à l’accélération terrestre normale donc sur terre tout corps subit 1G).

10 Ne sont pas reportés ni la trainée, ni la poussée.
Dans le plan vertical Rz Fc P Rz Fc P Si le changement de direction est suffisamment serré, le pilote subit un nombre de G négatif. Le sang se raréfie dans les membres inférieurs du corps et se concentre dans le cerveau. La vision se colore en rose, c’est le VOILE ROUGE. Vers -5G, la pression sanguine dans le cerveau est trop importante et on risque des ruptures de vaisseaux sanguins (ruptures d’anévrismes, mort du pilote). Le pilote subit un nombre de G positif. Le sang se concentre dans les membres inférieurs du corps et se raréfie dans le cerveau. Il y a perte de vision, c’est le VOILE NOIR, qui précède l’évanouissement vers 5G. Remarque : sur les schémas, P est le poids, Fc est la force centrifuge et Rz est la portance. Ne sont pas reportés ni la trainée, ni la poussée.

11 Combinaison anti-g Une combinaison anti-g est un vêtement spécial utilisé principalement par les pilotes de chasse et les spationautes, destiné à empêcher l'apparition du voile noir, constaté dès la Première Guerre mondiale au cours des combats aériens. Les puissances et manœuvrabilités des aéronefs augmentant rapidement, il devint vite indispensable de protéger les pilotes pour leur permettre d'effectuer des manœuvres aériennes induisant des facteurs de charge très élevés (en virage aussi bien qu’en ressource).

12 Facteur de charge en ressource (ressource = manœuvre de redressement)

13 Éviter les changements trop brusques

14 Virage dans le plan horizontal
En virage coordonné dans le plan horizontal : (n.mg).cos f = mg d’où et donc : le poids apparent augmentant, la portance doit augmenter, la vitesse de décrochage augmente suivant Vs (à nG) = Vs (à 1G) avec Vs la vitesse de décrochage Il faut donc adapter l’inclinaison de l’appareil à sa vitesse et vice-versa.

15 Interprétation de graphes
f = 60° correspond à une vitesse de décrochage supérieure de 40 % à ce qu’elle serait en vol en palier stabilisé f = 60° correspond à n = 2

16 Questions BIA 1 - En montée rectiligne uniforme, la portance :
a) est inférieure au poids. b) est supérieure au poids c) est égale au poids d) est égale à la traînée 2 - Dans le cas d’un virage très serré, le facteur de charge d’un avion atteint la valeur +2,5. Le pilote, dont le poids réel est 800 N (sa masse est proche de 80 kg) : a) a un poids apparent égal à 320 N b) ne ressent aucun effet dû au virage c) a un poids apparent égal à 2000 N. d) perd forcément connaissance. 3 - On définit le facteur de charge "n" d'un avion comme étant : a) Poids / Portance b) Portance / Poids. c) Portance / Traînée d) Inverse à la charge alaire 4 - Si un avion décroche à 100 km/h au facteur de charge n=1, alors au facteur de charge n=2, il décroche à : a) 100 km/h b) 141 km/h c) 200 km/h d/ 400 km/h 5 - Lors d’un virage à 60° d’inclinaison à altitude constante, le poids apparent est : a) égal au poids réel b) égal à 1,15 fois le poids réel c) égal au double du poids réel. d) inférieur au poids réel

17 Exercice Un Robin DR400 pesant, avec son chargement, 1000 kg est en vol en palier. En palier, il décroche à 150 km/h. Il se met en virage et s’incline à 60°. 1/ Quel facteur de charge subit-il ? 2/ Quel est son poids apparent ? 3/ A quelle vitesse décrochera-t-il en virage ? 2 2 x 1000 kg x 9,81 m/s² = N 150 km/h x 1,41 = 211 km/h

18 ..