Vol parabolique et microgravité
Simuler un vol parabolique pour observer l’apesanteur
Description détaillée
Cette activité permet de comprendre l'apesanteur en la vivant — à petite échelle — avec son smartphone. Pendant la phase de chute libre, l'accéléromètre indique zéro bien que la gravité agisse toujours : c'est exactement ce que ressentent les astronautes lors des vols paraboliques sur l'Airbus A310 Zéro-G ou à bord de l'ISS. L'élève découvre ainsi que l'apesanteur n'est pas l'absence de gravité, mais l'absence de force de contact (le support qui « pousse » habituellement vers le haut). Cette activité est complémentaire d'Apesanteur et chute libre, qui approfondit le principe d'équivalence et les calculs de temps de vol. FizziQ permet d'enregistrer en direct l'accélération absolue du smartphone et de conserver le graphique obtenu dans le cahier d'expérience pour repérer les trois phases du mouvement.
Objectifs pédagogiques
- Comprendre la notion de chute libre
- Mettre en évidence une situation d’apesanteur
- Utiliser un accéléromètre pour mesurer un mouvement
- Identifier les différentes phases d’un mouvement parabolique
- Comprendre le lien entre chute libre et microgravité
Concepts scientifiques
Instruments et capteurs
Instruments scientifiques
- Accélération absolue
Capteurs
- Accéléromètre
Fonctionnalités FizziQ
- Cahier d'expérience — Conserver le graphique d'accélération et noter l'identification des trois phases (lancer, vol libre, impact).
Matériel nécessaire
- Smartphone avec l'application FizziQ
- Un matelas ou une surface moelleuse pour réceptionner le smartphone en sécurité
- Un espace dégagé
- Note : le protocole reste adaptable à tout autre outil de mesure d'accélération comparable.
Protocole expérimental
Pose ton smartphone à plat et sélectionne l'Accélération absolue dans FizziQ — surtout pas l'accélération « sans g », qui affiche zéro au repos et ne convient pas ici : elle indique ≈ 9,8 m/s² alors que le téléphone est immobile. Pourquoi ?
Prépare un matelas épais comme zone de réception.
Lance l'enregistrement, puis lance délicatement le smartphone à 30-50 cm au-dessus du matelas et laisse-le retomber.
Arrête l'enregistrement et ajoute le graphique au cahier.
Repère les trois phases : lancer (accélération > g), vol libre (accélération ≈ 0), impact (pic).
Mesure la durée de la phase à accélération nulle : c'est le temps d'« apesanteur ».
Recommence à différentes hauteurs et compare les durées. Relie ce que tu observes aux vols paraboliques Zéro-G des astronautes.
Documente le tout dans le cahier d'expérience.
Résultats attendus
Le graphique d’accélération montre une valeur élevée au moment du lancement, correspondant à la force exercée par la main. Pendant la phase de vol libre, la valeur mesurée devient proche de zéro, et ce dès que le smartphone quitte la main : la montée, le sommet et la descente sont tous en chute libre, contrairement à l’intuition qui réserve l’apesanteur à la seule descente. Au moment de l’impact avec le matelas, une forte accélération est observée. Cette phase correspond à la réaction du support lors du contact.
Questions scientifiques possibles
- Pourquoi l’accéléromètre indique-t-il une valeur proche de zéro pendant la chute ?
- Pourquoi observe-t-on une forte accélération lors de l’impact ?
- Quelle est la différence entre chute libre et absence de gravité ?
- Pourquoi parle-t-on d’apesanteur alors que la gravité est toujours présente ?
- Comment ce phénomène est-il utilisé dans les vols paraboliques ?
Explications scientifiques
L'expérience du vol parabolique simule à petite échelle le phénomène utilisé par les avions 'zéro-G' pour entraîner les astronautes. Pendant la chute libre, le smartphone et la petite masse d'épreuve de son accéléromètre tombent exactement de la même façon sous l'effet de la gravité : aucune force de contact n'est plus nécessaire pour soutenir cette masse à l'intérieur du capteur, d'où l'indication de zéro sur l'accéléromètre. C'est exactement ce que vivent les astronautes en orbite autour de la Terre: ils sont en chute libre permanente, mais leur vitesse horizontale les fait 'manquer' continuellement la Terre. L'apesanteur n'est donc pas l'absence de gravité (qui reste présente), mais l'absence de force de contact entre un objet et son support. Cette distinction est fondamentale pour comprendre la physique spatiale.
Pour aller plus loin : Smartphone en chute libre (académie de Clermont-Ferrand) | Sept expériences sur la gravité à faire avec un smartphone (blog FizziQ).
Extensions possibles
- Réaliser plusieurs lancers à différentes hauteurs
- Comparer les résultats avec un lancer plus ou moins rapide
- Étudier la durée de la phase de chute libre
- Réaliser l’expérience avec différents types de surfaces amortissantes
- Comparer les résultats obtenus avec différents smartphones
- Voir l'activité Apesanteur et chute libre pour une version approfondie avec calculs de temps de vol et principe d'équivalence.
Questions fréquentes
Qu'est-ce que la chute libre ?
La chute libre est le mouvement d’un objet soumis uniquement à la gravité.
Pourquoi l’accéléromètre indique-t-il zéro en chute libre ?
Parce qu’un accéléromètre ne mesure que l’effet des forces de contact — main, support, frottements — et pas celui de la gravité. Pendant le vol libre, plus aucune force de contact ne s’exerce sur le smartphone : il indique donc une valeur proche de zéro.
Qu’est-ce que l’apesanteur ?
C’est une situation où aucun support n’exerce de force sur un objet.
Pourquoi faut-il utiliser un matelas ?
Pour éviter d’endommager le smartphone lors de la réception.
Ce phénomène existe-t-il dans l’espace ?
Oui, les astronautes en orbite sont en chute libre permanente.
Cette expérience est-elle sûre ?
Oui, à condition d’utiliser une surface amortissante et un lancer modéré.
Prêt à commencer ?
Téléchargez FizziQ et lancez cette activité avec vos élèves.