mécanique des fluides des balles de sport
TRANSCRIPT
1
Mécanique des fluides des balles de sport
Contepomi
F. Gallaire
Laboratoire de mécanique des fluides et instabilités
EPFL
2
poids
Une balle qui tombe
3
traînée
poids
Une balle qui flotte
équilibre des forces
4
traînée
poids
Une balle qui ne devrait pas flotter
déséquilibre des forces?
5
traînée
poids
portance
�Effet Magnus
6
traînée
poids
portance
�Effet Magnus
7
Effet Magnus
?
8
Effet Magnus
?
9
Le fluide préfère passer en A qu’en B
V(A)>V(B)
Entraînement + conservation du débit
10
vitesse +
- vitesse
poids
traînéeportance
Entraînement + conservation du débit
11
Vitesse d’une particule fluide
V
Vitesse = fluctuation + vitesse moyenne
U = v + V
U
340 m/s
12
Conservation de l’énergie
L’aspirisouffle de Jean-Pierre Petit,
http://www.savoir-sans-frontieres.com/
13
La pression
14
15
pression
pression
vitesse +
- vitesse
poids
traînéeportance
16
Effet Magnus
?
17
Effet Magnus
?
18
Effet Magnus
19Garcia & Chomaz
Tangente fluide
20
21L’Alcyone
Le Baden Baden
22
Avion à ailes tournantes
23
Trajectoires pour une vitesse initiale de 10m/s;
c'est l'angle de tir qui varie
Trajectoire parabolique
24
Corner rentrant
tir brossé avec rotation verticale du ballon
plan de tir
plan de tir
25
Tirer un coup franc
����������������
����
������������
ballon
Flux d’air
portance
26
27
Tirer un coup franc
����������������
����
������������
ballon
Flux d’air
portance
28
Trajectoire liftée
29
30
31
Trajectoire liftée
32
Lift au tennis Vo=30m/s angle18°
Sans lift
lift
net
Trajectoire liftée
33
Coupé au tennis Vo=5m/s angle 60°
Sans slice
slice
Trajectoire coupée (slicée)
34
Quel lien avec la recherche actuelle?
Les caméras rapides modernes et le traitement
d’images permettent de regarder
l’aérodynamique des balles de sport de plus près
Thèse de B. Darbois-Texier (LadHyX, Paris)
collaboration avec le laboratoire LFMI à l’EPFL
pour la mesure des coefficients aérodynamiques
35
Dégagement de gardien
Effet de la rotation arrière au football
36
Trajectoire parabolique?
37
basket badminton
dt=40ms
Ballon de Baudruche
38
Impression d’un mur aérodynamique:
La portée sature malgré l’augmentation de la
vitesse de frappe
Tartaglia vs. Galilée
39
P+ P-
40
La traînée résulte d’une aspiration arrière
41
C’est aussi le cas pour les voitures
Ecoulement décollé autour d’un cylindre
Distribution de pression
Coefficient de traînée
43
Effet de la traînée
44
La traînée est “constante” pour les vitesses
des balles de sport (103<Re<106)
45
Effet de la traînée
46
Vitesse limiteLongueur
aérodynamique
Accélération Gravité Traînée aéro
Lancers lents : U0<<U∞
47
Accélération Gravité Traînée aéro
Cas classique de la parabole
Lancers rapides : U0>>U∞
48
Accélération Gravité Traînée aéro
Première phase en décélération rectiligne
Lancers rapides : U0>>U∞
49
Accélération Gravité Traînée aéro
Deuxième phase en chute verticale à U∞
Formule approchée de la portée
50
Darbois-Texier, Cohen, Clanet et Quéré (2013)
Formule approchée de la portée
L’effet “mur aérodynamique” vient du log!
Angle optimal de tir
52
Volant de badminton
53
Différence entre volant en plume et volant
en plastique
54
Les coefficients de traînée sont comparables
55
Le volant est en rotation!
56
La rotation diminue la traînée
57
plastique
plume