Les problèmes de dynamique faisant intervenir des forces de frottement dues à l’air donnent lieu à des équations différentielles non linéaires qui doivent être résolues numériquement. Stella, qui est un intégrateur numérique, est particulièrement bien adapté à cette tâche.

Exercice 1

Un cycliste d’une masse totale de 80 kg roule sur une route horizontale à la vitesse v=15 m/s. Il arrête de pédaler. Il est alors soumis à une force de frottement due à l’air F_air=0.3 v² et à une force de frottement de contact F_contact égale à 2% de son poids.
– Etablissez les graphiques donnant la position, la vitesse et l’accélération du cycliste en fonction du temps.
– Quelle distance franchit-il sur la route horizontale avant de s’arrêter ?

Exercice 2

Un projectile de 80 kg est lancé en l’air verticalement vers le haut. Il est soumis à deux forces : son poids dirigé vers le bas et une force de frottement, due à l’air, opposée au sens de déplacement. Le coefficient de proportionnalité entre la force de frottement et le carré de la vitesse vaut 0.3 kg/m.
– Quelle altitude le projectile atteint-il ?
– Combien de temps met-il pour atteindre le point le plus haut ?
– Combien de temps met-il pour redescendre ?

Exercice 3

Un constructeur fournit les données suivantes pour une voiture :

– Calculez le temps nécessaire à cette voiture pour :

• atteindre la vitesse de 100 km/h
• atteindre la vitesse de 160 km/h
• franchir 400 m départ arrêté
• franchir 1000 m départ arrêté.

– Quelle est la vitesse maximale de cette voiture ?