Les lois mécaniques

Explications des forces qui se produisent sur un avion

I) Les lois mécaniques permettant à l'avion de voler

1.Les lois mécaniques

a) Théorème de Bernoulli

D'une façon simplifée Bernoulli nous dit que dans un milieu où l'écoulement de l'air est laminaire, plus la vitesse de l'écoulement de l'air augmente plus la pression diminue sur un même point d'un objet.

 

Formule usuelle :           \frac{v^2}{2} + g \cdot z +\frac{p}{\rho}  = \mathrm{constante}

avec

p\, est la pression en un point (en Pa ou N/m²)
\rho\, est la masse volumique en un point (en kg/m³)
v\, est la vitesse du fluide en un point (en m/s)
g\, est l'accélération de la pesanteur (en N/kg ou m/s²)
z\, est l'altitude (en m)

• Application quotidienne du théorème de Bernoulli

Dans la vie de tous les jours le théorème de Bernoulli permet d'expliquer des phénomènes remarquables. 

Exemple 1 : La porte qui claque

Nous allons comprendre pourquoi une porte qui est ouverte va soudainement se fermer.

Schema porte 1

 

 

 

 

Ceci est un schéma d'une salle de classe qui va permettre de comprendre ce phénomène. Nous allons nous concentrer sur la vitesse de l'air présente autour de la porte ainsi que la pression exercée sur la porte. 

 

 

 

L'air en V1 va circuler de manière plus rapide qu'en V2. En effet, on observe que le passage au niveau de la porte est étroit, par conséquent, l'air va accélérer à cet endroit. Or, Bernoulli nous dit que plus l'écoulement de l'air augmente plus la pression diminue. La pression en P2 est donc plus importante qu'en P1. La porte va se fermer.   

Zoom schema porte
Schema balle

 

 

Exemple 2: La trajectoire d'une balle de tennis

De la même façon qu'auparavant nous sommes capable de prévoir la trajectoire d'une balle de tennis grâce à Bernouilli. Ici le joueur de tennis a frappé la balle sans faire de coup plat (par conséquent la balle n'aura pas une trajectoire rectiligne), cela va entrainer une accélération de l'écoulement de l'air d'un côté de la balle. On peut en conclure que la balle va se dévier. Ici, en V2 l'air s'écoule plus lentement, la pression va donc être plus forte, la balle se dévira vers la gauche.

• Application sur une aile du théorème de Bernouilli

Regardons maintenant à l'aide d'un schéma comment se déplace l'air autour de l'aile.

Ecoulement sur l aile

 Les flèches rouges et bleus représentent le mouvement de l'air autour de l'aile. Nous voyons clairement que la flèche rouge est plus grande que la flèche bleu. L'air au dessus de l'aile doit donc parcourir plus de distance que l'air au dessous de l'aile. Or, nous savons que les deux flux d'air doivent arriver en même temps à l'arrière de l'aile. L'air du dessus va donc accélérer.

Ecoulement 3

 Par conséquent, d'après Bernouilli l'aile va être attirée vers le haut. Cette force est nommée portance. (raccourci vers autre page)

b) L'effet Coanda

L'effet Coanda est un phénomène qui nous dit qu'un fluide en mouvement rencontrant une surface arrondie, va suivre cette surface.

• Application quotidienne de l'effet Coanda

Image robinet

Pour mieux comprendre cette propriété apportée par Coanda nous avons réalisé une expérience très simple. Il suffit de prendre un verre ou une tasse et de la positionner comme sur le schéma ci-dessus sous un filet d'eau. Le phénomène est respecté puisque que l'on observe que le filet d'eau lorsqu'il rencontre la surface courbée va suivre celle-ci.

• Application sur une aile de l'effet Coanda

Ecoulement sur l aile

Nous pouvons utiliser de nouveau le schéma vu précédemment pour illustrer ces propos. Nous voyons bien que l'air suit les bords de l'aile.

c) L'effet Venturi

L'effet Venturi est un phénomène où l'on observe la création d'une dépression dans une zone où l'on note une accélération de particule d'un fluide. Cette effet est une conséquence du théorème de Bernoulli...

Image venturi 1

 

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