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TPE 1°S

TPE sur l'aérodynamisme.
by

Thomas Guérineau

on 26 May 2013

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Transcript of TPE 1°S

ROCARD Léa
GUERINEAU Thomas TPE 1°S :
L'aérodynamisme. Problématique: "Pourquoi à une certaine vitesse, les avions décollent et les voitures restent au sol ?" Hypothèse 1: La forme influe sur le comportement d'un corps en mouvement dans l'air.

Hypothèse 2: La force de portance est supérieure à la force de gravité à une certaine vitesse, pour les avions; et inversement pour les voitures. Hypothèse 2 - Expérience: Matériel: - Maquette réduite d'avion.
- Maquette réduite de voiture.
- Bandes de papier.
- Sèche-cheveux. Pour la voiture, d'après les résultats de l'expérience, on observe un écoulement d'air plus important au dessus de la voiture qu'en dessous, ce qui correspond respectivement à la force de gravité qui est plus importante que la force de portance.
Pour l'avion, les résultats sont inverses à l'expérience de la voiture, ce qui démontre que la force de portance est plus élevée que la force de gravité. Hypothèse 2, validée. Hypothèse 1 - Expérience: Observation de l'expérience 1: Observation de l'expérience 2: Le parcours de l'air : La Force de portance: En aérodynamique, c'est la force générée par l'écoulement autour d'une forme (ou profil) qui est perpendiculaire à la direction de déplacement. C'est cette force qui porte un objet volant dans l'air. La Force de traînée: La force de traînée est la force qui s'oppose au mouvement d'un corps dans l'air. Grossièrement, l'air a tendance à freiner le corps pour le ramener à vitesse nulle. La traînée est proportionnelle:
- A la valeur au carré de la vitesse.
- A la surface exposée au vent.
- A la masse volumique du fluide traversé.
- Un coefficient de profil de l'obstacle. (coefficient de traînée)
La Force d'attraction gravitationnelle: La force de gravité est la force liée à l'interaction gravitationnelle. Cette force gravitationnelle est la force exercée par la Terre sur un corps. C'est ni plus ni moins que le poids d'un objet, comme une voiture ou un avion. Matériel: - Plaque en plexiglass.
- Lavabo (eau).
- Formes géométriques. Dans l'expérience, l'eau simule le flux d'air qui se déplace autour d'un objet en mouvement.

Pour la forme cubique, on observe que l'eau ne s'écoule pas à l'arrière de l'objet et qu'un "trou d'air" se crée à l'arrière de celui-ci. Lorsque l'on augmente le débit d'eau (comparable à la vitesse de l'air), on observe un accumulation d'eau à l'avant du cube.

Pour la forme profilée (ovale), l'eau en mouvement autour semble s'écouler plus facilement que pour le cube. L'eau suit alors la forme de l'objet sur sa totalité ne créeant ainsi aucun "trou d'air" à l'arrière de l'ovale. En augmentant le débit de l'eau, la circulation du liquide reste fluide, il n'y a que très peu d'accumulation à l'avant de la forme.

En conclusion, la forme d'un objet influe bien sur le comportement de l'air en mouvement autour de l'objet en imposant plus ou moins de résistance. Hypothèse 1, validée. D'après les expériences que nous avons menées, on sait que les forces exercées sur un objet varient selon sa forme. Ces formes modifieront le comportement de l'objet dans l'air. Réponse à la problématique. Soufflerie aérodynamique automobile numérisée. Profil d'une aile d'avion à partir d'un logiciel CFD. Ainsi, les voitures sont conçues afin de résister à la portance de l'air en modifiant leurs formes pour que l'air circulant au-dessus (Appui + interaction gravitationnelle) de la voiture soit supérieur et plus rapide que l'air s'engouffrant en-dessous (portance), ce qui lui permet ainsi de rester en contact avec le sol. Soufflerie aérodynamique d'avion numérisée. Pour résumer: Cela permet de comprendre l'importance de l'aérodynamisme, notamment dans le sport automobile où les voitures de Formule 1 sont un bon exemple.
En effet, on peut observer la présence d'ailerons à l'avant et à l'arrière de la voiture qui sont "grossièrement" des ailes d'avions que l'on aurait retournés afin de produire l'effet inverse et donc d'augmenter l'appui de la voiture pour la maintenir au sol au lieu de la faire décoller. Les avions quant à eux, ont une forme profilée au niveau de leur nez et de leurs ailes. Ainsi le profil des ailes d'avions est fait de sorte qu'à une certaine vitesse, l'air passant en-dessous (portance) devient plus rapide et plus dense que l'air circulant au-dessus (appui), ce qui leur permet ainsi de décoller. A noter, le poids d'un objet n'est pas négligeable car l'interaction gravitationnelle augmente avec le poids. C'est donc un aspect essentiel lors de la conception d'un véhicule qu'il soit volant ou roulant. En effet, un avion de ligne avec le plein de kérosène et les passagers à bord ne décollera pas à la même vitesse qu'un avion civil avec 4 passagers. Force de
trainée Force de portance Poids Lorsqu'un objet traverse une masse d'air il la fend, cette dernière se reforme ensuite, créeant une dépression derrière lui. Ce phénomène s'appelle la force de trainée.Si l'objet oblige l'air à avoir deux parcours différents, notamment au niveau de la distance parcourue, cela va créer une différence de vitesse de déplacement.La différence de vitesse de part et d'autre d'un objet va créer une zone de surpression et une zone de dépression.La dépression va attirer l'objet qui créera ainsi la force de portance tandis que la surpression va le repousser et aura dans ce cas, un impacte sur la force d'attraction gravitationnelle.Le principe s'applique dans un sens pour les avions, dans l'autre pour les engins roulants.
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