L'être humain est bien limité à cause de son corps inadapté, les Hommes ne possèdent ni branchies, qui leurs permettraient de bruncher sur le barrière de corail, ni ailes qui les autoriseraient à courir dans les nuages et atteindre le soleil comme Icare l'a si souvent rêvé. Cependant, nous possédons la technique, qui nous a permis de nous adapter à bien des environnements, cette dernière nous a aidé à résoudre bien des problèmes contraignant, et elle n'est que la simple manifestation de la magie de nos jours que nous appelons, physique, chimie, mathématique, une famille aux nombreux enfants dont les géniteurs sont nommés Sciences. L'observation est le principe fondamental qui permet la création de technique afin de palier les attributs que la nature nous a refusé. Cette dernière ne veut pas de nous dans les abysses de Poséidon ? Nous lui répondons avec le scaphandre et le sous-marin! La nature nous refuse l'accès au ciel ? Nous inventons les avions et les hélicoptères !
1, 2, 3, pleins gaz et on décolle, la tête dans les nuages, nos soucis s'envolent, voguant sur la mer de coton notre esprit s'est trouvé embarqué dans des interrogations infinies, desquelles ont surgi la plus intéressante de nos divagations aérienne, Comment vole un avion ?
Si vous vous êtes déjà posé cette question magique mêlant physique et déplacement, nous vous invitons à continuer à lire notre article Comment vole un avion - Explication simple.
Les principes de vol d'un avion
Afin de savoir comment vole un avion, il est important de savoir quelles sont les forces qui entrent en jeu lorsqu'un avion vole. Pour qu'un avion vole, 4 forces principales entrent en jeu :
- La Poussée : la poussée est la force produite par les réacteurs, c'est ce qui donne à l'avion un mouvement horizontal.
- La Traînée : une fois que l'avion est en vol la force qui contrecarre la poussée est ce que l'on appelle la traînée, elle représente la friction de l'avion avec l'air.
- Le Poids : c'est le poids de l'avion qui l'entraîne vers le bas.
- La Portance : c'est la force qui nous intéresse le plus ici car c'est la portance qui permet à l'avion de se maintenir en l'air.
Une fois que l'avion est en l'air et qu'il voyage à ce que l'on appelle son rythme de croisière (vitesse et altitude constante), la poussée compense la traînée et la portance en fait de même avec le poids. Mais, d'où vient la portance qui donne des ailes aux avions ?
Théories physiques
Afin de comprendre comment vole un avion, il nous faut nous pencher sur deux théories physiques qui nous apportent un début de réponse.
La théorie de Bernoulli
Tout fluide exerce une pression sur les objets et plus un fluide se déplace rapidement plus la pression qu'il exerce diminue, ce qui finit par créer des différences de pression qui peuvent déplacer des objets. Comme l'aile d'un avion est bombée sur le dessus cela rend la distance à parcourir au-dessus supérieure à celle du dessous. L'air va plus vite en haut à cause du trajet plus important à parcourir, cela produit une dépression au-dessus de l'aile, ce qui au final aspire l'avion vers le haut pour ainsi créer la portance.
Cependant il s'avérerait que cette théorie soit fausse pour plusieurs raisons... Nos recherches sur la portance de l'avion nous ont permis de nous rendre compte que la différence de pression entre le dessus de l'aile et le dessous de l'aile n'est absolument pas suffisante pour pouvoir soulever le poids d'un avion entier. Il faudrait que la surface du dessus de l'aile soit environ 50% plus grande que celle du bas de l'aile afin de l'effet de Bernoulli soit suffisant pour soulever le poids de l'avion. Pour finir, il y a des avions qui ont des ailes non-bombées, autrement dit, des ailes plates et ils volent très bien. Même sur le dos !
La théorie de Newton et l'effet Coanda
L'explication actuelle la plus plausible est une combinaison de la théorie de Newton et de l'effet de Coanda.
Définition de l'effet Coanda : cet effet se manifeste lorsque vous présentez la partie incurvée d'une cuillère sous un filet d'eau du robinet, cette dernière se retrouvera automatiquement collée et aspirée par le maigre filet d'eau, l'eau absorbe les courbes de la cuillère et l'attire. Cet effet compte dans la compréhension de notre interrogation Comment vole un avion car l'air suit le profil de l'aile et s'écoule vers le bas. Pour bien comprendre en quoi la théorie Newton est importante reliée à l'effet Coanda, il est essentiel de ne pas oublier que la masse d'air s'écoule sur l'aile de l'avion et ensuite se dirige vers le bas.
Définition de la théorie de Newton: "L'action est toujours égale à la réaction ; c'est-à-dire que les actions de deux corps l'un sur l'autre sont toujours égales et de sens contraires" En d'autres termes simplifiés, on pourrait simplement dire : à toute force exercée dans un sens, il y'a une autre force complémentaire s'exerçant dans le sens opposé avec la même intensité. C'est ce qu'on appelle le principe de l'action réaction, donc, étant donné que l'air se trouve poussé vers le BAS, l'avion quant à lui se trouve poussé vers le HAUT.
Source: couleur-science.eu
Image: rocherbleu.com
Comment les avions volent-ils ?
Même si nous avons déjà répondu à cette question, il nous semble important d'établir une réponse sous forme de conclusion afin que cette mécanique des fluides soit claire comme de l'eau de source.
La portance de l'avion se dégage de la combinaison de deux phénomènes, l'effet Coanda ainsi que la théorie de Newton. Quand un avion vole, l'air circule à une très grande vitesse sur ses ailes et c'est à ce moment que l'effet de Coanda intervient, comme nous l'avons vu avec la petite cuillère qui est attirée par le filet d'eau, les ailes sont attirées par l'air qui lui passe sur le dessus. De plus, grâce à la faible inclinaison des ailes, l'air est envoyé vers le BAS, ce qui, en suivant la théorie de Newton, entraîne une réaction opposée et propulse l'avion vers le HAUT.
Cette théorie est bien plus défendable que la théorie de Bernoulli car elle s'applique sur tous les avions et non seulement sur les avions dont les ailes sont incurvées, cependant, il s'agit d'un sujet controversé dans le milieu de la physique et la question est toujours au milieu de débats houleux. En effet, la combinaison de la théorie de Newton et de l'effet Coanda n'explique pas certains paramètres. Néanmoins, cela reste l'explication la plus fiable pour le moment.
Nous vous invitons à continuer la lecture de notre article Comment vole un avion - Explication simple afin de comprendre comment un avion décolle.
Comment un avion décolle ?
Pour qu'un avion décolle, les 3 lois du mouvement de Newton rentrent en jeu:
- La première loi de Newton stipule qu'un objet comme votre corps ne bougera pas à moins qu'une force ne lui soit appliquée. Si on applique cela à l'avion, votre corps est dans une illusion de confort où vos jambes touchent généralement le siège de devant mais il n'en est pas moins immobile et attaché. Lorsque l'avion se met en mouvement grâce à l'aide de ses puissants réacteurs, votre corps n'est pas en mouvement et c'est quelque part votre siège qui vous rentre dedans. On a tous la sensation de se reculer dans le siège mais c'est en réalité le siège qui s'avance vers vous ! Au final une force est appliquée sur nous et nous entrons en mouvement ! Nous allons maintenant passer à la seconde loi de Newton !
- La seconde loi de Newton stipule que la force qui nous est appliquée est égale à notre masse multipliée par l'accélération que l'on subit. Si vous suivez la logique vous comprenez aisément que plus l'accélération que l'on subit est puissante plus l'on ressentira une force sur nous.
- La troisième de Newton est celle que nous avons vu plus haut lorsque nous avons répondu à la question Comment vole un avion, vous vous en souvenez ? Allez, on vous la remet ici : "L'action est toujours égale à la réaction ; c'est-à-dire que les actions de deux corps l'un sur l'autre sont toujours égales et de sens contraires". Lors de l'accélération de l'avion, votre corps n'est pas éjecté du siège ? Et bien c'est parce qu'il applique réaction égale à l'action, votre corps pousse lui aussi le siège (c'est d'ailleurs pour ça que vous êtes en mouvement). C'est aussi la troisième loi de Newton ainsi que l'effet Coanda qui permet de donner la portance nécessaire pour faire décoller l'avion. Seulement à l'heure du décollage les ailes ne sont pas suffisantes et ne redirigent pas suffisamment d'air vers le bas c'est pourquoi les pilotes utilisent des ailerons qui redirigeront plus d'air vers le bas afin de créer plus de portance.
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