Ballon-sonde
P.364
ACTIVITÉ D'EXPLORATION
1Ballon‑sonde
1
Les ballons-sondes sont utilisés pour étudier l’atmosphère de la Terre et des autres planètes du système solaire. La mission du Centre national d’études
spatiales (CNES) « Un ballon pour l’école » propose de réaliser un ballon‑sonde dans les établissements scolaires.
➜ Prévoir la masse d’hélium nécessaire pour faire décoller un ballon‑sonde.
Objectif
- Savoir utiliser la poussée d’Archimède.
Doc. 1Ballon pour l’école
Doc. 1
Depuis 1992, le CNES propose à des établissements de participer au lancement d’un ballon‑sonde vers la haute atmosphère avec l’opération « Un ballon pour l’école ».
Le but est de lancer un aérostat comprenant un ballon de masse kg et une nacelle expérimentale de kg jusqu’à la stratosphère, à km d’altitude.
Le ballon éclate lorsque son diamètre excède m.
Le but est de lancer un aérostat comprenant un ballon de masse kg et une nacelle expérimentale de kg jusqu’à la stratosphère, à km d’altitude.
Le ballon éclate lorsque son diamètre excède m.
Doc. 2Ballon de latex fermé
Doc. 2
La masse volumique de l’atmosphère varie avec
l’altitude selon la formule :
|
: masse volumique de l’air (kg·m-3)
: masse volumique de l’air au sol égale à kg·m-3 : altitude (m) : constante égale à m |
La pression de l’air varie de la même manière selon :
|
: pression (Pa)
: pression atmosphérique au sol égale à hPa |
Doc. 3Poussée d’Archimède
Un objet de volume totalement immergé dans
un fluide au repos subit des forces de pression de
résultante :
Doc. 3
|
: poussée d’Archimède de norme (N)
: masse volumique du fluide (kg·m-3) : volume du corps immergé (m3) : champ de pesanteur de norme (N·kg-1) |
Supplément numérique
Lancez vous aussi votre ballon-sonde ! Retrouvez
toutes les informations ici.
Compétences
✔ VAL : Évaluer et
connaître des ordres de
grandeur
✔ RAI/ANA : Construire un raisonnement
✔ RAI/ANA : Élaborer un protocole
✔ RAI/ANA : Construire un raisonnement
✔ RAI/ANA : Élaborer un protocole
Questions
1. Exprimer la poussée d’Archimède sur le ballon, au sol, en fonction de son diamètre.
2. Le diamètre initial est choisi pour que la norme de la poussée d’Archimède soit égale au double de celle du poids de l’aérostat. Calculer le diamètre initial du ballon.
3. Le ballon est rempli avec de l’hélium, à la pression . En utilisant la loi de Mariotte, exprimer le diamètre du ballon en fonction de l’altitude.
4. Calculer l’altitude à laquelle le ballon éclate.
5. Calculer la poussée d’Archimède à l’altitude .
2. Le diamètre initial est choisi pour que la norme de la poussée d’Archimède soit égale au double de celle du poids de l’aérostat. Calculer le diamètre initial du ballon.
3. Le ballon est rempli avec de l’hélium, à la pression . En utilisant la loi de Mariotte, exprimer le diamètre du ballon en fonction de l’altitude.
4. Calculer l’altitude à laquelle le ballon éclate.
5. Calculer la poussée d’Archimède à l’altitude .
Synthèse de l'activité
Lister les paramètres clés à prendre en compte pour un lancer de ballon expérimental.