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2e loi de Newton
Mécanique des fluides
Sujet Bac Corrigé - Physique du vol de l'A380 - Bac S Nouvelle-Calédonie 2015 (ancien programme) - Ex 3 - Corrigé (Physique-chimie)
1 juin 2015
Bac S (ancien programme)
✈️ Décoller avec 560 tonnes puis voler à 945 km/h à 10 km d'altitude : ce troisième exercice du Bac S 2015 Nouvelle-Calédonie (5 points, environ 50 min) applique la mécanique de terminale à l'Airbus A380.
- Le roulage : variation d'énergie cinétique, théorème de l'énergie cinétique et force de poussée nécessaire.
- Le vol de croisière : principe d'inertie, schéma des forces, calcul de la traînée avec une lecture graphique.
- Interprétation : intérêt de la haute altitude et masse de l'avion en vol.
Le sujet officiel et le corrigé détaillé en PDF sont gratuits.
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La mécanique du vol appliquée à l'Airbus A380
Le troisième exercice du Bac S 2015 Nouvelle-Calédonie vaut 5 points, soit environ cinquante minutes. Il étudie deux phases du vol de l'Airbus A380 : le roulage au décollage, traité par le théorème de l'énergie cinétique, puis le vol de croisière, traité par le principe d'inertie et des expressions de la traînée et de la portance fournies par l'énoncé. Les calculs sont simples ; la difficulté réside dans les conversions, les justifications et la lecture d'un graphique.
L'énergie cinétique au décollage (question 1.1)
On étudie le système avion dans le référentiel terrestre supposé galiléen. Parti du repos, l'avion atteint 320 km/h : la variation d'énergie cinétique vaut ½ m v². Avec une masse de 560 t convertie en kilogrammes et une vitesse convertie en mètres par seconde, on trouve 2,21 × 109 J. Laisser la masse en tonnes ou la vitesse en kilomètres par heure fausse le résultat.
La force de poussée lors du roulage (question 1.2)
C'est la question qui demande le plus de rigueur. Il faut faire le bilan des forces et justifier que le poids, la réaction de la piste et la portance, perpendiculaires au déplacement, ont un travail nul. Seule la poussée travaille, et le théorème donne F = ΔEc / AB, soit 1,2 × 106 N sur une piste de 1,8 km. Comme un réacteur fournit au plus 310 kN, trois réacteurs ne suffiraient pas : les quatre doivent fonctionner, pratiquement à pleine poussée. Le piège consiste à oublier de justifier les travaux nuls ou à laisser la distance en kilomètres.
Les forces en vol de croisière (question 2.1)
En croisière, le mouvement est rectiligne uniforme : d'après le principe d'inertie, les forces se compensent. Le poids et la portance sont opposés, la poussée et la traînée aussi, et les vecteurs opposés doivent avoir la même longueur. Dessiner une poussée plus longue que la traînée parce que l'avion avance est une erreur fréquente : une poussée supérieure ferait accélérer l'avion.
Poussée en croisière et altitude (questions 2.2 et 2.3)
La poussée égale la traînée, calculée avec la masse volumique de l'air lue sur la figure à 10 km, environ 0,40 kg/m³, et une vitesse de 262,5 m/s. On obtient 2,3 × 105 N, environ cinq fois moins que la poussée maximale des quatre réacteurs. Prendre la masse volumique au sol est le piège à éviter. La question suivante en découle : la traînée est proportionnelle à la masse volumique, qui diminue avec l'altitude ; voler haut réduit donc la poussée nécessaire et la consommation de carburant.
La masse de l'avion en vol (question 2.4)
Le poids étant égal à la portance, on isole la masse et l'on trouve environ 3,8 × 105 kg, soit 380 t. Le verbe « commenter » est noté : il faut comparer aux 560 t du décollage et expliquer l'écart par le carburant consommé.
Conseils
Annoncez toujours le système et le référentiel, justifiez chaque force et chaque travail, et adaptez le nombre de chiffres significatifs aux données. Le corrigé détaillé détaille chaque étape et la lecture graphique.