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Dimensionnement d’un tremplin de
saut à skiTravail réalisé parBécret Philippe, Capron Alexandre, de Prelle Arnaud, de Waeghe BrunoTutrice : Vin EmmanuelleCo-Tuteur : Doan Viet-Hung
ULB-Faculté des Sciences Appliquées/École Polytechnique IR-2 2002-2003
Projet Modélisation
Table des Matières
Introduction Description d’un tremplin de saut à ski Le saut sans forces de frottement Le saut avec les forces de frottement skis-piste Le saut avec l’impulsion Le saut avec les forces de résistance à l’air Modélisation d’un tremplin K90 Conclusion
Table des Matières
Introduction Description d’un tremplin de saut à ski Le saut sans forces de frottement Le saut avec la force de frottement skis-piste Le saut avec l’impulsion Le saut avec les forces de résistance à l’air Modélisation d’un tremplin K90 Conclusion
Introduction
Intérêt du projet Identifier les liens entre ce sport et le cours
de mécanique Voir concrètement en quoi consiste le métier
d’ingénieur
Moyens pour y arriver
Travail en groupe Étape par étape Simulation Matlab Comparaison avec résultats connus
Table des Matières
Introduction
Description d’un tremplin de saut à ski Le saut sans force de frottement Le saut avec force de frottement Le saut avec l’impulsion Le saut avec les forces de résistance à l’air Modélisation d’une piste d’atterrissage Conclusion
Description d’un tremplin de saut à ski (1)
tremplin piste d’atterrissage
Source : F.I.S.
les 2 parties d’un tremplin
Description d’un tremplin de saut à ski (2)
e
es
r1
t
Partie 1
Ligne droite
Partie 2
Courbe transitionPartie 3
Table décollage
Tremplin
Description d’un tremplin de saut à ski (3)
U
L
K
P
Zone d’atterrissage
Piste d’atterrissage
Zone de raccordement
Zone de dégagement
Table des Matières
Introduction Description d’un tremplin de saut à ski à ski
Le saut sans forces de frottement Le saut avec la force de frottement skis-piste Le saut avec l’impulsion Le saut avec les forces de résistance à l’air Modélisation d’un tremplin K90 Conclusion
Le saut sans forces de frottement (1)
h
a
b
Le saut sans forces de frottement (2)
Vitesse de sortie du tremplin
Loi de conservation de l’énergie
0. ². .2
mvm g h
Expression de la vitesse de sortie du tremplin
0 2. .v g h
0
sin( ) ( )2. .[( 1.( )).sin 1 sin .sin ]
( ) 2cos2
sv g e e r r t
Le saut sans forces de frottement (3)
Trajectoire du skieur dans l’air
3ème loi de Newton
.F m aAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAA
Appliquée à notre cas
. 0
. .
m x
m z m g
0 0x 0 0z Avec les C.I.
Solution obtenue
0
20
cos
/ 2 sin
x v t
z gt v t
0 0.cosx v
0 0.sinz v
Table des Matières
Introduction Description d’un tremplin de saut à ski Le saut sans forces de frottement
Le saut avec la force de frottement skis-piste
Le saut avec l’impulsion Le saut avec les forces de résistance à l’air Modélisation d’un tremplin K90 Conclusion
Le saut avec la force de frottement skis-piste (1)
Vitesse de sortie du tremplin
Loi de conservation de l’énergie
initiale finaleE E W
2 [cos ( 1 ) cos 1 (sin sin ) ]o sv g h e e r t r
Le saut avec la force de frottement skis-piste (2)
Simulation Matlab
Table des Matières
Introduction Description d’un tremplin de saut à ski Le saut sans forces de frottement Le saut avec la force de frottement skis-piste
Le saut avec l’impulsion Le saut avec les forces de résistance à l’air Modélisation d’un tremplin K90 Conclusion
Le saut avec l’impulsion (1)
Impulsion propre à chaque skieur
Technique :
Source : http://www.sv.ntnu.no/idr/steinar.braaten/
Le saut avec l’impulsion (2)
Vitesse de sortie du tremplin
2 2
0 t nv v v AAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAA
' arctann
t
v
v
AAAAAAAAAAAAAA
AAAAAAAAAAAAAA
Le saut avec l’impulsion (3)
Simulation Matlab
Table des Matières
Introduction Description d’un tremplin de saut à ski Le saut sans forces de frottement Le saut avec la force de frottement skis-piste Le saut avec l’impulsion
Le saut avec les forces de résistance à l’air
Modélisation d’un tremplin K90 Conclusion
Le saut avec la force de résistance à l’air (1)
Force de résistance à l’air :
TraînéeProportionnelle au carré de la vitesse
Même direction que la vitesse
Sens opposé à la vitesse
²2
²2
T
P
F v T
F v P
TFAAAAAAAAAAAAAA
PFAAAAAAAAAAAAAA
PortanceProportionnelle au carré de la vitesse
Perpendiculaire à la vitesse
Vers le haut dans notre cas
Le saut avec la force de résistance à l’air (2)
Vitesse de sortie du tremplin
sin
cos
fr T
fr d
m x m g F F
m y m g S
F S
²2 ² 2 sin 2 cosd
d xk x g g
dx
Forces projettées sur les axes et loi de Coulomb
Éq. diff. obtenue :
Le saut avec la force de résistance à l’air (3)
Vitesse de sortie du tremplin (suite)
En coordonnées polaires :
( 2 ) cos
( ²) sin
fr Tm r r F F m g
m r r S m g
Vitesse angulaire de sortie
2² 2. . 1.cos .sin (2 )
1 d d
d g r T
d r m
Le saut avec la force de résistance à l’air (4)
Trajectoire dans l’air
3 forces : gravitation, traînée, portance
.F m aAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAA
. .P Tm g F F m a AAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAA
. sin
. sin cos
T P
T P
m x F cos F
m y F F m g
0
0
( 0) 0
( 0) 0
( 0) cos
( 0) sinx
y
x t
y t
v t v
v t v
3ème loi de Newton :
avec
Système de deux équations différentielles
Le saut avec la force de résistance à l’air (5)
Trajectoire dans l’air (suite)
Trajectoire de la F.I.S. :
cos
sin
sin ²
1.cos ²
w
a
x v
y v
v g k v
g k vv
avec
1.55 6 2 7 3 9 40.0025 1.9757 10 6.3123.10 1.7948 10 1.912 10 0.0004 1
0.6w
tk
25 7 2 8 3 10 40.0036 9.356 10 1.5767.10 2.9684 10 3.083 10 0.0008 1
0.6a
tk
Le saut avec la force de résistance à l’air (6)
Comparaison de trajectoires connues
Le saut avec la force de résistance à l’air (7)
Simulation Matlab
Table des Matières
Introduction Description d’un tremplin de saut à ski Le saut sans forces de frottement Le saut avec la force de frottement skis-piste Le saut avec l’impulsion Le saut avec les forces de résistance à l’air
Modélisation d’un tremplin K90 Conclusion
Modélisation d’un tremplin K90 (1)
U
L
K
P
Zone d’atterrissage
Piste d’atterrissage
Zone de raccordement
Zone de dégagement
rl
Modélisation d’untremplin K90 (2)
Modélisation de la piste (suite)
piste aux normes de la F.I.S. piste fixée pour un skieur idéal
variation de es
pas dangereux dangereux
atterrissage
Modélisation d’untremplin K90 (3)
variation de la masse
Modélisation d’untremplin K90 (4)
Variation de l’impulsion
Table des Matières
Introduction Description d’un tremplin de saut à ski Le saut sans forces de frottement Le saut avec la force de frottement skis-piste Le saut avec l’impulsion Le saut avec les forces de résistance à l’air Modélisation d’un tremplin K90
Conclusion
Conclusion
Aspects inattendus
Projet multidisciplinaire
Encore de nombreuses pistes à explorer
Remerciements
MERCI À
Emmanuelle Vin
Viet-Hung Doan
Dimensionnement d’un tremplin de
saut à skiTravail réalisé parBécret Philippe, Capron Alexandre, de Prelle Arnaud, de Waeghe BrunoTutrice : Vin EmmanuelleCo-Tuteur : Doan Viet-Hung
ULB-Faculté des Sciences Appliquées/École Polytechnique IR-2 2002-2003
Projet Modélisation
Source : F.I.S.
Source : F.I.S.