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Coriolis
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Coriolis


Autres rotationsOn a commenc par la Terre comme systme en rotation car dans ce cas on peut vraiment voir les effets les plus impressionnants et sans les confondre avec les effets centrifuge.

Mange & Coriolis

On donne parfois l'exemple du Mange pour expliquer Coriolis mais comme la "force centrifuge" est elle-mme en action un plus fort niveau et on peut s'embrouiller.

Mettons donc que vous vous tenez sur un mange en rotation et que vous soyez situ prs du centre de ce mange.

Vous voulez faire rouler une balle une personne sur le mange galement mais elle prs du bord. Vous l'envoyez. La balle va aussi tre dvie par effet Coriolis.

L'effet centrifuge, plus puissant, va aussi agir pour acclrer la balle vers l'extrieur du mange.

La vido ci-contre compare le point de vue du dessus et sur le mange : il existe une grande diffrence dans l'intensit de la dviation observe (contrairement ce que affirme le narrateur en anglais, vu du dessus, on observe bien une dviation certes moins forte, par effet centrifuge).

La balle a un comportement 쳽non intuitif졎 quand on filme sur le mange, non ? On dirait bien qu'il existe une force "mystrieuse".
Effet Coriolis "pur"
avec une surface parabolique

ASTUCE : il est possible d'observer seulement l'effet Coriolis en se dbarassant la fois de l'effet centrifuge et des frottements.

Comment procder ?

Il suffit de crer une surface parabolique (pas n'importe laquelle : une courbure donne pour une vitesse de rotation donne), c'est dire incurve vers le haut.

Pourquoi cette forme ?

Intuitivement, vous connaissez dj ces pistes circulaires pour voitures de course dont les bords sont releves.

Plus prcisemment ici, c'est tout simplement la forme que prend, par effet centrifuge, un liquide lorsqu'il est plac dans un rcipient en rotation (axe au centre).

Au passage, voil du coup comment fabriquer des miroirs astronomiques courbure parfaite : un bain de mercure en rotation !

Le seul problme avec cette technique est que l'on ne peut pointer que vers le haut, parfaitement verticalement.

Ensuite, on utilise des palets des palets aroglisseurs ou, c'est la mme chose, des blocs de glace carbonique qui vont crer une fine couche de vapeur de CO2 en dessous de la surface en se rchauffant la temprature du labo.

Voir Exprience du MIT.

Comme le montre la vido, si l'on jette un palet sans frottement sur une telle surface en visant le centre, l'observateur qui est immobile va voir le palet vers des oscillations verticales (idalement, mais dans la ralit, une fine ellipse). Si l'observateur monte sur la parabole et tourne avec, il va voir le palet raliser des cercles (cercles passant par le centre) ; il y a bien dviation par effet Coriolis pur.

Fontaine de Coriolis

Une autre dmonstration percutante consiste prendre un plateau tournant et disposer un tuyau d'arrosage orient vers l'intrieur.

Faites tourner le plateau !

Incroyable ! le jet va dans le sens contraire l'intuition : il va dans le sens de la rotation !

Voil encore un rsultat qui n'est pas du tout intuitif et mme choquant (c'est le cas de l'auteur de la vido qui parle d'un jet qui part " l'envers").

Afin de comprendre, il suffit appliquer ce que vous avez compris prcdemment de nos explications sur l'obus du tank.

Penser en particulier au fait qu' la sortie du tuyau, la vitesse 쳽latrale졎 linaire de l'eau sera 쳽relativement졎 de plus en plus importante par rapport la vitesse latrale linaire du plateau (attention : je ne parle pas la vitesse angulaire qui est partout la mme !) au fur et mesure que le jet d'eau se rapproche du centre.

Vous pouvez voir ici une vido de la fontaine coriolis (pop-up, en anglais, format Quicktime) et cette page montre une illustration assez claire de l'exprience et voici galement une reproduction de l'exprience faire chez soi. Cette exprience est trs dconcertante.

Le saviez-vous ? : On peut tirer parti de Coriolis pour des astuces techniques. Comme on si vous plaez un liquide sur un plateau tournant, le liquide va dessiner une parabole parfaite. Du coup, voil comment fabriquer des miroirs astronomiques courbure parfaite : un bain de mercure en rotation ! Le seul problme est que l'on ne peut pointer que vers le haut, parfaitement verticalement.
Patineuse & Coriolis

Afin de complter cet exemple de la fontaine de Coriolis, on va parler d'un exemple trs simple de rotation

Rotation

On ramne les haltres
Coriolis => acclration !

Il s'agit de la patineuse qui rapproche ses bras dans le but d'accrotre sa vitesse de rotation. On a essay d'illustrer la mme chose avec une chaise pivotante et des haltres sur la vido. Pour simplifier, considrons que les bras de la patineuse sont infiniment lgers mais qu'elle tient bout de bras des haltres. Avec les modles de physique classique, on parle de conservation du moment cintique.

Peut-tre ! En attendant, il est clair prsent que l'on peut aussi tout fait parler d'effet de Coriolis pour expliquer cette augmentation de vitesse.

En effet, la patineuse —par l'effort de ses bras sur les haltres— contrecarre l'effet de Coriolis. Par consquent, les haltres —de par et d'autres de l'axe (le corps de la patineuse)— par raction (troisime loi de Newton) vont crer un couple sur les bras : ce couple va accrotre ainsi la vitesse de rotation de la patineuse !

Or, pour les haltres ou pour la patineuse, ce n'est pas le cas : l'effort ralis fait que les bras, qui sont rtracts vers le buste, restent dans l'axe initial tout au long de leur progression vers le buste.

Si cela se fait ainsi, c'est en ralit parce que la patineuse (ou moi avec les haltres) a agi pour les garder dans l'axe !

Il faut avouer qu'on ne se rend pas bien compte de cet effort particulier lorsqu'on ralise l'exprience mais il est ncessairement effectu sinon, les bras ne reviendraient pas en ligne droite mais dvierait d'autant plus fort qu'ils se rapprochent de l'axe central.

La vido ci-contre est similaire celui plus classique de la patineuse : des personnes sur le bord extrieur d'un mange cherchent se rendre au centre : la vitesse de rotation s'accrot fatalement lorsque l'on vise le centre.

Colonne de Taylor & Coriolis

C'est un peu technique et dborde (c'est le cas de le dire !) sur la mcanique des fluides mais c'est suffisamment intressant pour le signaler.

Un "fan" de mcanique des fluides, Taylor, a eu l'ide de verser du colorant dans un liquide dont le rcipient tait en rotation (autour d'un axe central).

Le rsultat est surprenant premire vue.

On constate que le colorant ne se diffuse pas horizontalement mais verticalement, dans une "colonne" du fluide.

En ralit, l'effet Coriolis est l'oeuvre et lutte contre la diffusion horizontale du colorant qui doit suivre un chemin circulaire avec de trs petits rayons.

Dans la vido ci-contre, on peut voir un rcipient en rotation (la camra tourne avec, c'est pour cela que la main de l'oprateur fait le tour ; en ralit, il est toujours au mme endroit) et on engendre des remous turbulents avant de verser les colorants. Il y a deux camras : celle du haut est en ralit une vue en coupe du rcipient (afin de constater la diffusion verticale)


CyclonesLes grandes masses d'air obissent bien l'effet Coriolis.

Vous savez quoi ressemble un cyclone : une masse de nuage qui s'enroule sur elle-mme et avec la prsence d'un "oeil" plutt calme.

Cyclone
australien

Pour comprendre ce qu''il se passe dans les cyclones, il faut gnraliser d'abord avec la mtorologie.

Soufflons un peu et parlons VENTS !

Comment le vent nait-il dans le ciel ?

REPONSE : cause des diffrences de pressions (dues elles mme des diffrences de temprature) entre "coins du ciel".

Si vous avez quelques vagues notions, il existe des isobares (lignes courbes refermes et de mme pression, comme le nom l'indique).
Une particule d'air a donc tendance aller naturellement d'une isobare de haute pression vers une isobare de basse pression.

Cyclones (en anglais)

Or on sait maintenant que tout ce qui se meut sur et DANS l'HEMISPHERE NORD de notre Terre en rotation , va subir un effet de Coriolis qui dvie vers la DROITE du mouvement (lorsque l'observateur se dplace avec la Terre).

Une particule d'air donne va donc aussi tre dvie vers la droite (dans notre hmisphre nord) et cela jusqu' ce que la force due la diffrence de pression (qui initie le mouvement de cette particule d'air) et la force de Coriolis se retrouvent alignes, de mme intensit mais de sens oppos : il y a quilibre des 2 forces.

C'est l' "quilibre gostrophique" dans le jargon des mtorologue.

Cela signifie qu'une particule d'air identifie va alors finir suivre un chemin parallle aux isobares.

Le tout est donc de dterminer dans quel sens !
Cela dpend en ralit d'o se trouve l'isobare de haute pression et celle de basse pression : ou encore la particule a-t-elle suivi un mouvement centripte (vers l'intrieur) ou centrifuge (vers l'extrieur) ?

CONCLUSION : dans l'hmisphre nord (la photo ci-dessus est une masse dans l'hmisphre austral, juste pour voir si vous suivez), pour les masses d'air avec centres basse pression (les cyclones en particulier), le mouvement se fait contrairement aux aiguilles d'une montre.

Euuuh, attends-l, le sens inverse des aiguilles d'une montre, cela veut dire que la masse d'air est dvie vers la GAUCHE ! ? On disait que la particule d'air est dvie vers la DROITE ! Je ne comprends plus !

Le dessin ci-dessous (qui reste purement qualitatif : les flches ne devraient pas tre toutes aussi grandes en ralit) va vous clairer sur ce qui se passe. Si la Terre ne tournait pas, la particule d'air irait tout droit vers le centre, l ou la pression est la plus faible.

Comme la Terre tourne, n'importe quel mouvement est affect par l'effet Coriolis et dvie vers la droite par rapport la trajectoire sans rotation de la Terre.

cyclone (9K)
Vue d'un satellite GEOSTATIONNAIRE.
Comment, dans l'hmisphre nord, l'effet Coriolis (flches rouges) qui fait que les particules d'air, attires vers la dpression (flches bleues) dvient vers la DROITE font que le cyclone tourne SUR LUI-MEME vers la GAUCHE.
Le cyclone pris dans son entier verra son dplacement dvi vers la DROITE (tout comme les particules d'air).

Il se produit donc un enroulement des masses d'air et le tout s'enroule vers dans le sens contraire des aiguilles d'une montre, donc vers la GAUCHE effectivement.

Faisons remarquer par contre que l'ensemble "cyclone" (tel n'importe quel objet) qui se dplace lui aussi dans l'atmosphre, va tre dvi vers la DROITE.

Note : bien sr, s'il on avait regard une masse d'air centre de haute pression dans l'hmisphre nord, cela aurait t l'inverse.

Vido de la tche de Jupiter

Tche de Jupiter
Je suis perplexe : on a dit que l'effet de Coriolis se rvlait lorsque l'observateur tait sur un rfrentiel en rotation …Mais alors, pourquoi VOIT-ON des cyclones se manifester depuis l'espace ?

Aaaah ! Excellente tentative d'objection !

En ralit, il ne faut pas oublier que le dessin ci-dessus n'est valable que dans le cas ou l'observateur tourne avec la Terre (un peu comme un satellite gostationnaire) : nous ne sommes pas dans un rfrentiel absolu de type galillen dans le cas de ce dessin!.

OK, mais que devient ce schma si on devient "un satellite non geostationnaire" mais "pos de manire absolue dans l'espace".

Si on veut sortir de ce schma, il faut reprendre toute notre prcdente analyse avec les boulets de canon ! (orientation Nord-Sud et Est-Ouest).

Si on s'amuse dcomposer la trajectoire des particules d'air avec nos prcdentes histoires de boulets de canon et dans un rfrentiel externe et galilen, on constate bien que ces particules d'air finissent bien par s'enrouler autour du centre de la dpression qui les attire (centre qui se dplace suivant une parallle en accompagnant la rotation de la Terre) et qu'elles n'atteindront jamais.

Quand on aura le temps, on fera une animation afin de vous convaincre dfinitivement.

OK mais au fait, que se passe-t-il pour un cyclone l'quateur ?

Comme l'effet de Coriolis est quasi-nul autour de l'quateur, une particule d'air attir par une dpression locale situ au Nord ou au Sud d'elle peut s'y rendre "directos" : il n'y aura pas d'enroulement et un cyclone ne s'y formera jamais (pas de cyclone entre 5 sud et 5 nord).

Pour clore cette section sur les cyclones vous pouvez voir ci-contre une animation montrant que sur les autres plantes, les vents agissent de la mme manire que sur Terre : d'o la magnifique tche de Jupiter en rotation constante.

Le saviez-vous (1) ? : La rotation de la terre cre une force de Coriolis pour notre plus grand bnfice. En effet, la dviation des courants d'air permet une meilleure distribution des masses d'air chaud et d'air froid. Si la terre ne tournait pas et donc si Coriolis n'existe pas, les masses d'air froides partiraient vers le sud directement, s'leveraient en chauffant et il ne pleuvrait quasi-uniquement qu' l'quateur.
Le saviez-vous (2) ? : Le sens de la rotation de la tche de Jupiter est aussi dpendant de l'effet Coriolis
Le saviez-vous (3) ? : Tous les fluides en coulement sont influencs par l'effet Coriolis. On aurait constat que certaines berges de gauche ou de droite (selon l'hmisphre considr) des lits de fleuves & rivires sont plus "uses" que l'autre en face, sur l'autre rive. Ainsi, on a cit dans l'article sur la force centrifuge les miroirs bain de mercure. Et bien, il faudra les pencher afin qu'ils ne se dforment (astigmatisme) pas en raison de l'effet Coriolis d la rotation de la Terre.

Vous voulez en savoir davantage ? : allez la » » » » page suivante

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