Tube dans l'eau

[LPFR]

Bonjour.
Oui. J'ai finit mon tourniquet de Feynman, et il est bien réussi, assez bien équilibré et surtout avec très peu de frottements (seul ceux du roulement à billes). Bien sur, le roulement à billes n'est pas étanche à l'air car il le laisse passer entre les billes, mais comme c'est symétrique cela n'a pas d'influence.

Résultat: il tourne dans un sens et pas du tout dans l'autre.

Encore un coup dans mon amour propre!
Il tourne évidemment dans le sens habituel, quand on souffle, mais pas du tout quand c'est l'aspirateur qui aspire. Et l'aspirateur aspire mieux que je ne souffle.
Rien à faire. Il semble bloqué, mais il ne l'est pas. Même en le lançant à la main, il finit par s'arrêter tout seul malgré l'aspiration.

Il faut croire que ce que j'ai observé dans mon lave-vaisselle était un canular, un "artifact" comme on dit dans les articles. J'ai honte.

Il reste que je n'ai pas la moindre idée ni le moindre début d'explication. Ce que j'ai raconté avec le changement de quantité de mouvement dans un coude reste valable. Il doit y avoir une autre force qui n'apparaît que pendant l'aspiration et qui compense exactement la force due au changement de la quantité de mouvement.
Au revoir.
-----

[Bernard de Go Mars]

Cher LPFR,

tu nous dis :

>>>>Encore un coup dans mon amour propre!<<<<<

: Ça, c'est peut-être ce que tu ressens, mais sache que nous t'admirons pour ta faculté à te plier à la réalité des choses !

Bravo, donc ! Tu nous fais beaucoup avancer ! Dans un certain sens, aujourd'hui ! Mais peut-être nous feras-tu avancer demain dans un sens qui te conviendra mieux !

Il y a donc une différence de comportement chez tes deux tourniquets !

C'est fort intéressant. Dans l'idéal, il faudrait que tu t'assures que le premier (celui du lave vaisselle) ne tournait pas, ou qu'il tournait à cause d'un autre phénomène (je pense aux vibrations dues à l'aspirateur, par exemple)...
Bref, il faudrait décortiquer l'artefact...

Mais s'il tourne vraiment, c'est formidable.

Pour l'instant, évidemment, j'imagine que tu es en train de comprendre pourquoi ce putain de bordel de tourniquet à roulement ne tourne pas, putain de chiottes !

Tiens nous au courant ! C'est presque aussi important que "l'amarssissage" du vaisseau spatial sur la planète rouge ce soir !

>>>>>>>>>Il tourne évidemment dans le sens habituel quand on souffle, mais pas du tout quand c'est l'aspirateur qui aspire<<<<

: Hé oui, c'est pareil avec mes modestes pailles, dans l'eau comme dans l'air !

>>>>>>>Rien à faire. Il semble bloqué, mais il ne l'est pas. Même en le lançant à la main, il finit par s'arrêter tout seul malgré l'aspiration.<<<<

: J'imagine ta stupeur ! C'est en effet complètement impossible à croire !! Pauvres de nous qui nous croyions si intelligent !!

>>>>J'ai honte.<<<
: Cette honte t'honore; Allez ! : c'est un mauvais moment à passer ! Moi je suis fier de toi ! Ça doit t'aider un peu, non ?


>>>>Ce que j'ai raconté avec le changement de quantités de mouvements dans un coude reste valable. Il doit y avoir une autre force qui n'apparaît que pendant l'aspiration et qui compense exactement la force due au changement de la quantité de mouvement.<<<<<<
: Oui. C'est ce que je pense. Tout est dans la définition du système et de ses frontières. Je te rappelle que les fuséistes font intervenir, en plus de la Quantité de Mouvements, la pression à la section terminale de la tuyère; cette section terminale étant justement celle qui clôt la surface enveloppe (je crois que c'est comme ça que l'on dit), la frontière du système...

>>>>>et qui compense exactement la force due au changement de la quantité de mouvement.<<<<<
: Voilà ! Et tu as encore une dernière chance : que ton tourniquet de lave-vaisselle soit fait de telle sorte qu'il n'y ait pas exactement cette exacte compensation, ce qui serait très instructif !!!

En te remerciant pour ton travail formidable,

Bernard de Go Mars !

[calculair]

Bonjour, je vous soumets ma reflexion.

Il faut bien de limiter le système pour être sur de ne pas raconter des blagues. heureusement que dans ce cas on detecte qu'il ya quelque chose qui cloche... ( Il y des cas ou il se peut que cette detection de "blagues" se fait suite à une experience qui echoue )

Les fusées doivent respecter les lois de la physique, mais parfois elles sont subtiles

J'ai joint 2 schemas dans lesquels on supposera la masse inerte, m, de fusée egale à la masse 'm ' de ce qui est ejecté

Dans le 1° schema, ça fonctionne 'normalement' le corps de la fusée monte à la vitesse V et la masse ejectée descend à la vitesse V et le mouvement est continue

Dans le schema N°2 le corps de la fusée est vide et la masse m à aspirer est à l'exterieur.

Quand se produit l'aspiration, la masse m entre dans le corps de la fusée, la masse aspirée monte, le coprs de la fusée descend de facon que le centre de gravite global reste immobile comme dans le cas N°1

Le mouvement s'arrête suite au choc entre le corps de la fusée et la masse aspirée

Il y a bien conservation de la quantité de mouvement dans les 2 experiences.

Si ce n'etait pas le cas.... une nouvelle mecanique....serait née !

[sitalgo]

Sapristi ! calculair a presque lu dans mes pensées.

Considérons la tuyère d'un réacteur de fusée. On crée une pression qui va donner de la quantité de mouvement à la matière, cette qdm correspond à la résulttante des pressions. C'est le fond de la tuyère qui pousse la fusée.

A l'inverse imaginons que dans la tuyère, un dispositif liquéfie les gaz et renvoie le liquide dans le réservoir, la tuyère se trouve en dépression. Elle aspire la matière extérieure. La résultante des pressions fait reculer la fusée. Mais la tuyère freine les gaz entrant jusqu'à l'arrêt (disons), ils transmettent leur qdm à la tuyère.
Logiquement les deux s'équilibrent puisque c'est la dépession qui donne la quantité de mouvement à la matière ext, qui ne fait que la restituer une fois à l'intérieur.

[sitalgo]

Je dirais que le liquide du bassin va acquérir un moment de rotation, donc d'un point de vue conservatif le dispositif doit acquérir la vorticité inverse.

Pas applicable, à l'éjection on a un jet très directif qui va entraîner l'eau dans un sens précis. L'aspiration se fait sur 4pi sr, c'est isotrope.

[obi76]

Pour moi toutes la différence se fera au coude, vu que c'est ici qu'il y a variation de la quantité de mouvement du fluide et que donc à priori il y a réaction de la paroi.

Or, pour augmenter un peu le Schmilblick, j'ai trouvé dans un vieux bouquin la différence de pression engendrée par un coude, en fonction d'un paramètre le caractérisant et étant... proportionnel au carré de la vitesse !

En bref, que l'on souffle OU que l'on aspire, on devrai avoir le même effet (ce qui me parai à peu près logique).

[obi76]

Et encore plus bizarre, lorsqu'on regarde logiquement la chose, quand on aspire on créé une dépression dans le tube. La résultante des pressions tendrai donc à être à l'inverse selon que l'on aspire ou que l'on souffle (logique aussi). Bref quelqu'un a une idée ?

[Bernard de Go Mars]

Très bien, Sitalgo, ta variante de l'anti-fusée...
Mais il faut faire tous les calculs pour vérifier que ça marche, en particulier que la quantité de mouvements du gaz rentrant peut être annihilée par la décompression dans la chambre de liquéfaction.

Très intéressant...

Quand au fait que le jet soit directionnel, c'est sans importance, car les composantes radiales des particules venant de directions contraires s'annulent une à une. D'ailleurs le mouvement des particules d'air à l'entrée d'un réacteur d'avion est également tous azimuts ...

Obi76 dit : "Le coude ! Le coude ! Le coude !" Et il a raison ! C'est d'ailleurs ce que disait également LPFR.

Mais justement, il y a autre chose que le coude !

Et pour généraliser la réflexion, il faut comprendre que le coude du tourniquet ou de l'anti-tourniquet correspond au fond de la chambre du moteur fusée : c'est là que s'exerce une certaine poussée.
Mais pour les fusées à eau et même les autres, désolé : ce n'est qu'une partie de la vérité : il y a autre chose... C'est ce qui fait que la poussée vaut le double de celle qu'on attend généralement pour les fusées à eau...

Mais je sens qu'on progresse, tous ensemble...

Amicalement,

Bernard de Go Mars !

[Bernard de Go Mars]

Calculair nous dessine le principe de la fusée et, peut-être de l'anti-fusée.

Mais attention : le cas de son deuxième dessin (l'anti-fusée) existe en vrai. Sauf que, dans le vrai dispositif le fond s'ouvre pour laisser passer la masse qui est rentrée à l'intérieur de la chambre... La fusée ne s'arrête donc pas dans son mouvement. Et ce dispositif, c'est ... vous avez deviné ?

C'est le réacteur d'avion : il aspire par le devant et, non seulement il laisse passer ce qu'il a aspiré, mais il l'accélère encore plus avant de le rejeter...

Quand au rotor principal de l'hélicoptère, on en calcule la portance de la même façon, en quantifiant le débit d'air qui le traverse et en multipliant de débit par la vitesse de cet air (F = q V, si q est le débit massique)...

Amicalement,

Bernard de Go Mars !

[obi76]

Bon là je sens qu'on s'éloigne.

Il faut discerner plusieurs choses :

Considérer un coude simple, avec une entrée et une sortie, à mon sens, suffit à décrire tout le système (si la résultante des forces dessus est non nulle, alors il y aura un couple qui s'exercera. reste à savoir dans quel sens).

Le débit dans le tuyau est constant. la seule chose qui change est la pression en entrée. positive si on souffle, négative si on aspire.

Reste à trouver les conditions en sortie et le tour est joue je pense.

[calculair]

Calcul de la fusée à eau

J'applique Bernoulli

On trouve que la pousee est Q Ve ou Q est le debit massique et Ve la vitesse d'ejection

Cette poussée est 2 Sb(Pa-Pb) ou Sb est la section de la tuyère ,Pa la pression interne de la fusée et Pb la pression en sortie de tuyère


Je ne sais si cette formule que tu cherchais...


Merci pour la remarque du reacteur d'avion, je n'avais pas pensé à cela...

Le statoreacteur c'est encore plus extraordinaire, l'air rentre, il traverse le tuyeau, on le chauffe et il ressort plus vite qu'il n'est rentré.....

[sitalgo]

Quand au fait que le jet soit directionnel, c'est sans importance, car les composantes radiales des particules venant de directions contraires s'annulent une à une. D'ailleurs le mouvement des particules d'air à l'entrée d'un réacteur d'avion est également tous azimuts ...

Je ne parlais pas de réacteur mais spécifiquement de l'eau du bassin qui se mettrait à tourner. A l'aspiration les forces radiales et longitudinales s'annulent.

Mais je sens qu'on progresse, tous ensemble...

On n'a jamais été aussi près de la fin.

[Bernard de Go Mars]

Calcul de la fusée à eau
J'applique Bernoulli

Bravo, cher Calculair. Ce calcul est bluffant. Le résultat, par cette voie de la conservation de l'énergie totale de l'eau donne bien 2P_intS_tuy (jappelle ici pour simplifier P_int la pression relative dans l'enceinte).

Ce résultat est une chose surprenante pour beaucoup de gens car il ne cadre pas avec l'explication que l'on donne en général pour la Réaction, à savoir le déséquilibre des forces de pression internes (déséquilibre dû au fait que la pression interne ne peut s'appliquer sur la surface de la tuyère, surface manquante par définition) (cette explication "intuitive" donnant la moitié de ton résultat).

Dans les finesses, il me semble que tu t'appuies, sans le préciser, sur le principe F = q V_éject, équation qui doit être démontrée par .. les Quantités de Mouvements.
Dans les finesses également, tu fais la simplification que la vitesse de la surface libre de l'eau est nulle, ce qui n'est pas tout à fait le cas et devient même absurde lorsque la fusée à eau éjecte ses derniers cm³, d'eau, présents dans le goulot : (il faut alors passer en Instationnaire)(je dis absurde parce que le calcul en stationnaire donne une vitesse d'éjection infinie dans ces conditions terminales)...

>>>>>>>>Le statoreacteur c'est encore plus extraordinaire, l'air rentre, il traverse le tuyau, on le chauffe et il ressort plus vite qu'il n'est rentré.....<<<<
Oui. C'est proprement stupéfiant. Ça me stupéfiait lorsque j'étais enfant. La clé du mystère tient au fait que l'écoulement dans le stato est supersonique, ce qui fait qu'aucune information concernant la pression en aval ne peut remonter le courant (sinon le courant s'inverserait) (c'est pour ça que les V1 avaient un système de soupapes pour empêcher que le courant s'inverse...
Mais, c'est un autre problème...

Amicalement,

Bernard de Go Mars !

[Bernard de Go Mars]

Bon, j'ai commencé à approcher numériquement la solution pour le Tourniquet de Feynman.

Mais je n'y suis pas encore ! Ça ne fait pas le compte...

Je ne m'intéresse qu'aux seules composantes tangentielles des forces (c-à-d les composantes des forces s'appliquant à l'extrémité de chacun des bras du tourniquet et faisant tourner le tourniquet.

Pour un seul bras (une seule tuyère), je trouve, pour la partie "déviation du flux" de cette force tangentielle (c-à-d pour sa partie due au changement de Quantité de Mouvements)(c-à-d pour la composante tangentielle de la réaction du coude) :

rhô S V²

Tout simplement... Mais ça, que ça allait donner un résultat simple, je m'en doutais !

C'est quand je calcule le reste de la force tangentielle, que, malheureusement, je n'arrive pas à annuler totalement cette première force rhô S V² .

Êtes-vous d'accord sur cette force tangentielle de réaction du coude ?

Amicalement,

Bernard de Go Mars !

[Bernard de Go Mars]

Pour les besoins de la cause, je propose le schéma ci-joint. J'ai simplifié le nom des éléments qui seront les plus utilisés.



Selon ces nouvelles désignations, ma force tangentielle de réaction du fluide sur le coude s'appellerait F tout court.

En vertu de la conservation du débit massique, et puisque, par hypothèse la section d'entrée du fluide vaut la section interne du tube ( S = S'), la vitesse V dans le conduit est la même qu'à l'extérieur (fluide incompressible).

Bernard de Go Mars !

[Aroll]

Bonjour,
Il y a une formule donnant l'effort dans une canalisation coudée à 90°, et qui est:
F = (PS+qV)*racine carrée de 2,
avec P la différence de pression entre l'intérieur et l'extérieur du tube.
S, la section du tube.
q, le débit massique de fluide.
V, la vitesse d'écoulement.
Lorsque le tube souffle, la pression intérieure est supérieure à la pression extérieure, au contraire, lorsque le tube aspire la pression intérieure devient inférieure à la pression extérieure, donc le signe de P change.
Si le produit PS est supérieure en valeur absolue au produit qV, la force changera de sens.
Il est possible que, dans ce cas-ci, pour une raison encore à déterminer, on obtienne systématiquement une équivalence entre PS et qV, dans ce cas si PS est négatif, le total est nul.

Amicalement, Alain

[LPFR]

Bonjour.

Pour moi toutes la différence se fera au coude, vu que c'est ici qu'il y a variation de la quantité de mouvement du fluide et que donc à priori il y a réaction de la paroi.
...
En bref, que l'on souffle OU que l'on aspire, on devrai avoir le même effet (ce qui me parai à peu près logique).

Oui, c'est logique et j'aurai parié deux cafés. Malheureusement ce n'est pas le cas. Même en aidant le tourniquet il ne veut rien savoir!

Or, pour augmenter un peu le Schmilblick, j'ai trouvé dans un vieux bouquin la différence de pression engendrée par un coude, en fonction d'un paramètre le caractérisant et étant... proportionnel au carré de la vitesse !

Oui. Ça colle et avec ce que j'ai dit dans mon message #14:
et avec ce qu'a dit Bernard:

D'ailleurs, je ne crois pas me tromper en soutenant que la force est proportionnelle au carrée de la vitesse :
-->proportionnelle à la vitesse à cause du Delta V de ta formule de 11h 37 hier
--> et encore proportionnelle à la vitesse à cause de la présence de la vitesse dans le Débit Massique dm/dt .

Au revoir.

[LPFR]

Il y a une formule donnant l'effort dans une canalisation coudée à 90°, et qui est:
F = (PS+qV)*racine carrée de 2,

Bonjour Aroll.
C'est bien, ça peut ouvrir des horizons si on arrive à comprendre d'où ça sort.
Le terme qV racine de 2, c'est celui que j'avais donné. Reste à trouver le PS racine de 2.
Surtout que même si on trouve pour quoi il faut rajouter le terme PS (et je ne le sens pas encore) je ne vois pas pourquoi il serait lui aussi multiplié par racine de 2.
Où avec-vous trouvé la formule? Quel est le sujet du reste du chapitre ou de l'article? Cela peut donner d'idées d'où chercher.
Au revoir.

[obi76]

Je viens d'avoir une idée. Le terme de pression relative donnée par ce terme au carré, c'est une pression relative par rapport à ou, l'entrée ou la sortie (enfin c'est pas clair : l'endroit ou on souffle/aspire ou à l'extrémité) ?

[Bernard de Go Mars]

Attention !

Il faut être précis.

Aroll cite la formule d'un vieux grimoire et nous l'en remercions...
Non : je plaisante ! C'est peut-être un livre très bien... Mais ce qui est vrai c'est que nous ne sommes pas payés pour produire un résultat numérique ; au contraire nous sommes impayés pour comprendre les secrets de l'Univers !

Pour être précis, il faut donc expliquer ce que recouvrent les termes de sa formule :

F = (PS+qV)*Rac(2)

Et en premier lieu F qu'il décrit comme "l'effort dans une canalisation coudée à 90°". Mais cet effort est-il l'effort tangentiel F de mon schéma (l'effort qui nous intéresse, parce que c'est celui qui fera tourner le tourniquet) :

ou l'effort total F_réaction ?

Ça fait un coefficient Rac(2)/2 de différence...

Mais je me demande toujours si vous êtes d'accord avec la valeur que je trouve pour la composante tangentielle de la réaction du tube, à savoir rhô V² S!
LPFR, toi qui calcules bien et qui expérimente également bien, qu'en penses-tu ?

Apparemment j'ai toujours un coefficient en souffrance...

Amicalement,

Bernard

[obi76]

bah non sqrt(2)/2 c'est 1/sqrt(2), donc ça doit venir de là

[Bernard de Go Mars]

C'est à dire d'où ?

Bernard

[calculair]

Dans le cas du tourniquet avec le tuyau coudé à 90°, j'appliquerai la formule de la force centrifuge
F = mV²/ R dans le virage du tuyau

Dans le cas d'u tuyau à section circulaire c'est un peu compliqué, je fais une 1° approche avec un tuyau à section carré de coté h
En prenant un element de masse dm dans le virage du tuyau, son volume est
dr x rda x dL ( avec "a" l'angle au centre de la rotation )

L'element dm = (rho) r dr da dL

La force centrifuge dF = (rho) r dr da dL V²/ r
=(rho) dr da dL V²

F = (rho) pi/4 h ( R2 - R1) V² = (rho) pi h² V²/4
c'est ma force de réaction

[obi76]

A mon avis (je parle je parle mais je fais pas beaucoup avancer), il y a aussi des pertes de charge à probablement prendre en compte (donc la résultante ne serai pas nécessairement orienté par là...)

[Aroll]

Rebonjour,

Bonjour Aroll.
C'est bien, ça peut ouvrir des horizons si on arrive à comprendre d'où ça sort.
Le terme qV racine de 2, c'est celui que j'avais donné. Reste à trouver le PS racine de 2.
Surtout que même si on trouve pour quoi il faut rajouter le terme PS (et je ne le sens pas encore) je ne vois pas pourquoi il serait lui aussi multiplié par racine de 2.
Où avec-vous trouvé la formule? Quel est le sujet du reste du chapitre ou de l'article? Cela peut donner d'idées d'où chercher.
Au revoir.

Pour trouver, il suffit de suivre ce lien:
http://www.pmmh.espci.fr/fr/Enseigne...s/archive.html
Puis, dans les notes de cours, clicker sur lois de conservation (PDF)
Il y a, en troisième page une formule équivalente, ou le débit q n'apparaît pas "tel quel", mais peut se retrouver à partir de rho V S. et en plus elle valable pour tous les angles, à sinus alpha près.

Le terme: "racine 2" n'est en fait pas nécessaire ici puisque l'on ne cherche que l'effort selon l'axe du tuyau de sortie.

amicalement, Alain

[LPFR]

A mon avis (je parle je parle mais je fais pas beaucoup avancer), il y a aussi des pertes de charge à probablement prendre en compte (donc la résultante ne serai pas nécessairement orienté par là...)

Re.
Taisez-vous malheureux! Comme si on n'était pas assez emmerdées sans ça!

Plus sérieusement, non, je crois que pour l'instant on peut et on doit s'en passer. D'autant plus que vous pouvez faire la manip avec des tuyaux aussi gros que votre budget le permet et dans lesquels la perte de charge devient négligeable.
A+

[Bernard de Go Mars]

Pour les pertes de charge, non : on n'en tiendra pas compte. ce serait trop compliqué !
Mais sans prise en compte de ces pertes de charges, il y a déjà du boulot... et un résultat à la clé...
Autrement dit : la réponse à la question de Feynman ne tient pas dans les pertes de charge.

Bravo, Calculair pour ton calcul Mais tu as dû te tromper quelque part.

Et puis, pourquoi n'utilises-tu pas le théorème de Guldin sur les volumes toriques ? Il est très intuitif !
En particulier, si tu nommes S le section du coude, le volume d'un de ses éléments est simplement S Rda..., puisque (théorème de Guldin) le volume d'un élément de tore (de section quelconque, celle-ci peut être carrée) est égal à sa section par le "déplacement" du Centre de Gravité de sa section (par "déplacement" tu comprends ce que je veux dire).

J'ai écrit un texte sur la réaction sur un coude de conduite. Ça reprend exactement ton calcul de la force centrifuge. Donc félicitation. Si quelqu'un veut y avoir accès...

Amicalement,

Bernard

[LPFR]

Pour trouver, il suffit de suivre ce lien:
http://www.pmmh.espci.fr/fr/Enseigne...s/archive.html
Puis, dans les notes de cours, clicker sur lois de conservation (PDF)

Re bonjour.
J'ai jeté un coup d'œil rapide (mais il faut le regarder plus soigneusement) au document PDF.
[J'ai horreur des notations "d'ingénieur" du genre: "prenons un volume unitaire de masse rhô", ce qui vous fait apparaître les équations comme dimensionnellement incorrectes car il y a des 1's avec des dimensions. Cela devrait être interdit.]
Bon, par contre, quand je regarde l'équation 5.15 celle de la force dans le sens des y, on trouve le terme habituel de la force due au changement de la quantité de mouvement plus le terme p2 S. Sauf que, dans notre cas, p2 est zéro, puisque c'est la pression à la sortie du coude.
Donc, à moins que je me sois trompé dans la lecture, nous sommes revenus à la case de départ.
A+

[Bernard de Go Mars]

Voici ma modeste démonstration.

Il n'est pas exclu qu'elle souffre d'une erreur (un petit coefficient !)

http://perso.numericable.fr/fbouquet...reac_coude.doc

Amicalement,

Bernard de Go Mars !

[LPFR]

F = (rho) pi/4 h ( R2 - R1) V² = (rho) pi h² V²/4
c'est ma force de réaction

Bonjour.
J'obtiens quelque chose de proche mas exactement la même chose.
Dans le virage la force est toujours radiale. Vous ne pouvez pas additionner les modules des forces. Donc, si vous vous calculez dans une des deux directions du coude, il faut intégrer cos(thêta)d thêta, ce qui vous donne 1 et non pi/2.
Si j'appelle S la section carrée du tube, S= h(R2-R1) la force dans une des directions est:
F=rhô S V V= dm/dt V
et on retombe dans le cas particulier (pour 90°) de la formule que j'avais donnée.
Et c'est logique: la force qui change la direction du moment n'est autre que la force centripète. On retombe sur nos pieds.
Au revoir.