Ascensor del cielo
Ascensor del cielo
Un avion grimpe t-il plus vite qu'un ascenseur ?
Dans les grandes villes modernes, certains ascenseurs atteignent des vitesses impressionnantes. Par exemple, l’ascenseur de la Shanghai Tower peut monter à plus de 20 m/s, soit plus de 70 km/h. Pourtant, les avions de ligne montent eux aussi rapidement après le décollage pour atteindre leur altitude de croisière. Il devient alors intéressant de comparer ces deux moyens de transport vertical. Grâce aux capteurs intégrés dans un smartphone, il est possible de mesurer l’altitude au cours du temps et d’en déduire une vitesse verticale. Esta actividad propose d’exploiter un vol en avion pour enregistrer l’évolution de l’altitude pendant la phase de montée. L’élève analyse ensuite ces données pour calculer une vitesse moyenne et la comparer à celle d’un ascenseur très rapide. Este experimento illustre comment des mesures réelles permettent de confronter des idées intuitives à des résultats quantitatifs.
Descripción de la actividad:
Lors d'un vol en avion, el alumno utilise le GPS de FizziQ pour mesurer et enregistrer l'altitude pendant la phase de montée sur une période de 30 secondes. Actividad adaptada al liceo.
FizziQ
Autor:
Duración:
20-40 minutos
Lo que harán los estudiantes:
'- Mesurer l’altitude en función del tiempo à l’aide d’un capteur GPS
- Calculer une vitesse verticale moyenne à partir de données expérimentales
- Comparer deux vitesses réelles issues de systèmes différents
- Comprendre les facteurs physiques influençant la montée d’un avion
- Interpréter des graphiques altitude en función del tiempo
Conceptos científicos:
'- Vitesse verticale
- Variation d’altitude
- Calcul de vitesse moyenne
- Mouvement vertical
- Pression atmosphérique
- Portance aérodynamique
- Pressurisation cabine
- Conversion d’unités (m/s, km/h)
Sensores:
'- GPS
- Altimètre (déduit du GPS ou de la presión atmosférica selon l’appareil)
Material necesario:
'- Smartphone con la aplicación FizziQ (ou une application équivalente comme Physics Toolbox permettant l'acquisition des données du GPS)
- Un vol en avion
Procedimiento experimental:
La réglementation veut que l’on mette son smartphone en mode avion, mais en la plupart des cas le GPS fonctionne en ce mode. Si on suffisament près du hublot, la puce GPS es suffisament sensible para détecter les satelittes y on l'altimètre fonctionne tout à fait correctement, y permet à el alumno d'registrar l'altitude de l'appareil pendant la phase d'ascencion y d'en déduire la velocidad ascencionnelle.
Le défi que nous proposons es de comparer la velocidad ascencionnelle de l'avion à celle de l'ascenceur de la Shaghai Tower, l'acsnceur le más rapide du monde.
A titre d'exemple, voici la copie d'écran de un vol en direction du Danemark. On a enregistré à la fois l'altitude y la aceleración verticale. On voit que les faibles variations de la aceleración n'ont pas d'impact significatif sobre le taux moyen de montée de l'avion.
Resultados esperados:
Le graphique altitude en función del tiempo montre une augmentation progressive de l’altitude pendant la phase de montée. La pente du graphique correspond à la vitesse verticale moyenne de l’avion. Les valeurs obtenues se situent généralement entre 7 et 10 m/s pour un avion de ligne, avec parfois des valeurs proches de 15 m/s. La comparaison montre que certains ascenseurs très rapides peuvent atteindre des vitesses verticales comparables ou supérieures à celles d’un avion. Des fluctuations peuvent apparaître dans les mesures en raison de la précision limitée du GPS ou des variations de signal.
Preguntas científicas:
'- Pourquoi la vitesse verticale d’un avion n’est-elle pas constante pendant toute la montée ?
- Quels paramètres influencent la vitesse de montée d’un avion ?
- Pourquoi un ascenseur peut-il parfois monter plus vite qu’un avion ?
- Comment la précision du GPS influence-t-elle la qualité des mesures ?
- Quelle différence existe-t-il entre vitesse instantanée et vitesse moyenne ?
Explicaciones científicas:
La velocidad ascensionnelle de un avion de ligne en phase de montée initiale es généralement comprise entre 7 y 10 m/s (environ 1500-2000 pieds/minute), pouvant parfois atteindre 15-18 m/s. Cette vitesse es déterminée par des facteurs comme la poussée des moteurs, la portance des ailes, la masa de l'appareil y les conditions atmosphériques. À titre de comparaison, l'ascenseur de la Shanghai Tower atteint 20,5 m/s (74 km/h), ce qui en fait le más rapide du monde. La différence fondamentale entre ces deux systèmes réside en leur fonctionnement : l'ascenseur utilise des moteurs électriques y des contrepoids, tandis que l'avion exploite la portance aérodynamique y la poussée de ses réacteurs. Un aspect crucial concerne la pressurisation : en un ascenseur, la presión reste constante car le système es ouvert à l'atmosphère, alors que les avions maintiennent une pression cabine artificielle, car la presión atmosphérique diminue con l'altitude (environ -1 hPa tous les 8,5 m).
Actividades de ampliación:
'- Réaliser la même expérience dans un ascenseur d’immeuble pour comparer les résultats.
- Étudier la descente de l’avion et comparer la vitesse de descente à la vitesse de montée.
- Utiliser un altimètre basé sur la presión atmosférica si disponible.
- Comparer plusieurs vols réalisés dans des conditions différentes.
- Convertir les vitesses obtenues en km/h ou en pieds par minute.
Preguntas frecuentes:
Q: ¿Qué es la vitesse verticale ?
R: La vitesse ascensionnelle d'un avion de ligne en phase de montée initiale est généralement comprise entre 7 et 10 m/s (environ 1500-2000 pieds/minute), pouvant parfois atteindre 15-18 m/s.
Q: ¿Cómo FizziQ exploite-t-il le GPS du smartphone ?
R: FizziQ utilise le GPS pour mesurer la position, la vitesse et l'altitude en tiempo real. Ces données sont enregistrées et affichées sous forme de graphiques temporels ou de trajectoires, idéales pour étudier les mouvements sur de grandes distances.
Q: ¿Cómo intégrer esta actividad dans un cours de physique au lycée ?
R: Esta actividad s'inscrit dans le programme de mécanique du lycée. Elle peut être réalisée en TP (1h), en classe inversée ou à la maison. FizziQ permet un travail en autonomie avec un simple smartphone.