Montrer comment le vent relatif permet aux ailes d'un avion de le porter
Difficulté
Facile
Durée
15 minute(s)
Disciplines scientifiques
Mécanique, Physique
Introduction
Tu te demandes sûrement comment un avion (ou un planeur ou un oiseau) vole... Eh bien il est porté par ses ailes. Mais est-ce qu'il vole à l'arrêt ? As-tu déjà vu un avion voler sans se déplacer ?
Pour qu'un avion vole il faut que de l'air s'écoule sur ses ailes. Et un bon moyen de faire écouler de l'air sur ses ailes est de le faire avancer. La vitesse crée un vent relatif, le même que celui que tu sens quand tu passes ta main par la fenêtre de la voiture quand elle roule.
Cette expérience va te permettre de constater que le vent relatif permet de soulever l'aile de l'avion (c'est a dire de lui appliquer une force dirigée vers le haut que l'on appelle portance)- Matériel et outils
- Fichiers
Règle
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Au sens matériel, une règle est un instrument de mesure gradué à arêtes rectilignes servant à tracer des traits droits ou à mesurer des longueurs.
Ciseaux 
Un paire de ciseaux est un outil comportant deux lames mobiles articulées qui glissent l'une sur l'autre pour trancher les matériaux minces.
Paille 
Une paille, ou chalumeau, est un tube léger, généralement fait en plastique, dont on se sert pour aspirer, et le plus souvent boire, un liquide.
Papier blanc à dessin 224 g par m2
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Papier blanc épais à fort grammage, type "Canson"
Scotch 
Scotch transparent
Stylo 
Le stylo est un instrument, généralement de forme allongée facilitant sa préhension, qui sert à écrire ou à dessiner. Ayant l'avantage de posséder son propre réservoir d'encre, il a progressivement remplacé le porte-plume. Le mot est attesté en Grande-Bretagne dès 1882 pour un instrument à pointe tubulaire mais ne fut utilisé en France au sens d'instrument d'écriture qu'à partir de 1907. Il ne figure cependant pas encore dans le Larousse élémentaire illustré de 1918. On parlait plus couramment à l'époque de « porte-plume réservoir », « plume à réservoir » ou « plume-réservoir », tandis que « stylographe » désignait le stylo à pointe tubulaire.
Étape 1 - Rassemble le matériel
- Papier à dessin : Le papier ne doit pas être trop fin. un papier à dessin de 120g/m2 ou plus ou une fiche cartonnée de type Bristol fera parfaitement l'affaire
- Règle plate de 30cm
- Stylo
- Scotch
- Ciseaux
- Paille
Étape 2 - Découpe une bande de papier
Découpe cette bande de papier de la largeur de la règle et avec une logueur de 12 à 13 cm.
Étape 3 - Colle la bande de papier sur la règle
- Scotche la bande de papier au bout de la règle
- Replie la bande de papier sur la règle
- Donne à la feuille de papier une forme bombée
- Fixe l’extrémité droite bien à plat sur la règle à l'aide d'une bande de scotch perpendiculaire à la règle
Étape 4 - L'expérience
- Pose la règle perpendiculairement sur le stylo en trouvant le point d'équilibre, c'est-à-dire la position où la règle ne sais pas si elle doit pencher à droite ou à gauche
- Déplace très légèrement la règle vers la gauche afin qu'elle bascule du côté de la bande de papier
- Mets-toi dans le prolongement de la règle et souffle à travers une paille vers le haut de la bande de papier
Comment ça marche ?
Observations : que voit-on ?
Contrairement à ce que tu imagines, la règle se soulève du côté où il y a la bande de papier.
Si on considère que la feuille de papier représente la partie supérieure d'une aile d'avion (l'extrados) et que l'air soufflé à l'aide de la paille représente le vent relatif, on voit que le vent relatif qui passe sur le dessus de l'aile d'avion à tendance à porter celle-ci.
Mise en garde : qu'est-ce qui pourrait faire rater l'expérience ?
Pour que l'expérience démontre bien ce fonctionnement, il faut que l'extrémité de la paille soit au niveau ou au-delà du stylo, sinon on pourrait penser que le souffle appuie sur l'autre côté de la règle.
Il faut aussi être très proche du point d’équilibre de la règle sur le stylo, sinon tu n'auras pas assez de souffle pour faire basculer le règle.
Si tu souffles trop du haut vers le bas, ça ne fonctionnera pas. Il faut que ta paille soit presque horizontale (comme le vent relatif lorsqu'il passe sur un avion en vol)
Explications
L'effet Venturi, du nom du physicien italien Giovanni Battista Venturi, est le nom donné à un phénomène de la dynamique des fluides où il y a formation d'une dépression dans une zone où les particules de fluides sont accélérées.
Dans notre expérience, l'air soufflé à l'aide de la paille a moins de place pour passer quand il rencontre la bosse représentée par la feuille de papier. Il est coincé entre la feuille de papier et l'épaisse couche d’atmosphère qui est au-dessus de nous. Ainsi, pour que l'air passe quand même avec le même débit, chaque particule d'air est accélérée en passant au-dessus de la bosse, et donc, selon l'effet Venturi, la pression de l'air baisse au-dessus de la bosse, c'est-à-dire que l'air appuie moins sur le dessus de la bosse.
Applications : dans la vie de tous les jours
Dans les zones montagneuses, l'effet Venturi est fréquemment présent. Quand l'air à proximité de la surface du terrain (en circulation globalement horizontale comme le vent) rencontre une montagne (ou tout terrain surélevé), il est obligé, pour franchir cet obstacle, de passer par-dessus (sauf s'il peut passer sur les côtés). Avec le poids des couches d'air supérieures, non perturbées dans leur déplacement par l'obstacle, et le caractère local de cet obstacle, l'air se retrouve dès lors accéléré de manière à conserver le même débit* qu'avant (*quantité d'air passant par un point en 1 seconde).
C'est pour cette raison que le vent au sommet des montagnes est toujours plus important que celui aussi présent en bas.
Éléments pédagogiques
Objectifs pédagogiques
Comprendre le phénomène le plus important qui permet aux avions de voler.
Sources et ressources
https://fr.wikipedia.org/wiki/Effet_Venturi
Dernière modification 29/04/2020 par user:E.gohier.
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