Baignoire et force de Coriolis

[Nicophil]

Bonjour,

Je crée ce fil pour poursuivre une discussion qui a pris de l'ampleur dans le fil http://forums.futura-sciences.com/de...hysique-7.html .
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[LPFR]

Bonjour.
C'est bien, mais de quoi voulez-vous discuter pour ne pas continuer dans l'absurdité de la discussion d'origine ?
J'imagine qu'il faut répondre aux questions:
- pourquoi l'accélération de Coriolis dans un lavabo est négligeable ?
- Pourquoi l'eau forme de tourbillons quand la baignoire ou le lavabo se vident ?
J'ai l'impression que ces questions ont déjà été traitées dans le forum. Mais je ne me souviens pas des discussions. Je me souviens d'avoir donné mon explication pour la formation de tourbillons.
Pour la première, elle est traitée dans le document cité par Albanxiii et dans wikipedia.
Au revoir.
EDIT: J'ai réussi à retrouver mon explication:
http://forums.futura-sciences.com/ph...ourbillon.html

[Amanuensis]

Pour le tourbillon, on peut découper la question en deux. La première porte sur l'amplification d'une cause initiale, et la seconde que ce que peut être cette cause initiale.

Le côté surprenant du tourbillon est qu'il s'agit d'un mouvement de grande ampleur, bien visible, alors que la situation initiale de l'eau dans le lavabo ne présente pas, à l'oeil nu, de mouvement. Il faut donc supposer soit une action persistante créant le tourbillon, soit un phénomène d'amplification qui va faire passer une dissymétrie difficile à voir en une dissymétrie très visible.

L'explication, idée reçue, par Coriolis, correspond à la première branche de l'alternative, aucune autre action persistante n'apparaissant. D'autant plus que c'est bien l'explication pour les grands systèmes dépressionnaires.

Comme Coriolis est trop faible à l'échelle d'un lavabo, faut prendre la seconde branche.

L'explication donnée dans la discussion ancienne citée est bien celle d'un phénomène d'amplification.

Reste à déterminer la cause de dissymétrie initiale, et montrer qu'il y en a de bien plus significatives que la rotation de la Terre. L'une peut être tout simplement la non symétrie axiale du lavabo. Si le trou n'est pas au centre exact, si les pentes aboutissant au trou ne sont pas de symétrie axiale, l'eau va arriver plus vite d'un côté du trou qu'à son opposé, et un couple va s'exercer entre l'eau et le contenant. Le tout petit mouvement ainsi créé va s'amplifier et sera obtenu un phénomène de grande ampleur visible à l'oeil nu.

Plus généralement, il est facile de constater que les vortex sont des phénomènes courants dans les fluides, et que la plupart n'ont rien à voir avec une force genre coriolis. Ce sont bien des phénomènes ayant une part d'auto-entretenu. Dans le cas des phénomènes climatiques, les deux aspects jouent, la force de Coriolis qui force à tourner (et ce dans un sens particulier) et des phénomènes d'auto-amplification. Un de ces phénomènes d'auto-amplification amène aux tornades. Si cela est correct, on devrait trouver des tornades tournant dans "le mauvais sens", puisqu'elles ont des dimensions plusieurs ordres de grandeur inférieures aux grandes dépressions. C'est effectivement ce qu'on constate : on observe bien une minorité de tornades "anormales" (1%). Que ce soit une faible minorité vient en partie de leur liaison avec les systèmes dépressionnaires.

[invite698524]

Bonjour,

Le fil qui a amené celui-ci était animé, et j'ai un peu le sentiment que mon message a été un peu noyé. Dans le doute, je me permet de remettre ici le lien que j'avais proposé.
Il n'est pas en relation directe avec ce fil (pas de lavabo, pas de Coriolis, et la rotation du flux est longitudinale au déplacement du fluide, une espèce de tore, je ne sais pas si on peut dire "vortex" dans ce cas), mais tellement joli...me pardonnerez-vous?

http://www.koreus.com/video/canon-vortex.html

[A voir en vidéo sur Futura]

[Pio2001]

- Pourquoi l'eau forme de tourbillons quand la baignoire ou le lavabo se vident ?

Bonjour,
L'explication que tu donnes dans ton lien me paraît convaincante : parce que l'eau se concentre pour passer dans l'ouverture, ce qui, par conservation du moment cinétique, ou effet patineuse, si vous préférez, augmente la vitesse de rotation initiale du fluide. L'explication au sujet de la rétroaction de cette rotation sur l'eau encore dans le lavabo paraît plausible, mais en l'absence d'ordre de grandeur, je ne me prononce pas.

- pourquoi l'accélération de Coriolis dans un lavabo est négligeable ?

Wikipedia donne un ordre de grandeur : 0.0001 m/s2. Cela semble en effet négligeable devant "l'effet patineuse". Or le sens de l'effet patineuse n'est rien d'autre que celui du moment cinétique initial.

C'est donc le mouvement de rotation initial de l'eau qui s'amplifie.

Il est pertinent de citer ici l'équivalent statique de l'effet Coriolis, qui agit sur l'eau du lavabo avant que l'écoulement ne démarre : l'effet "pendule de Foucault".

Vous connaissez tous le pendule de Foucault : une fois le balancier lâché, et en l'absence de toute force extérieure, le plan d'oscillation se met apparemment à tourner tout seul. En réalité, le pendule ne tourne pas, c'est le sol de la Terre, et nous avec, qui tournons. Si le pendule était disposé au pôle nord ou au pôle sud, il resterait immobile, tandis que la surface du sol ferait un tour complet en 24 heures. C'est exactement la même chose avec une baignoire ou un lavabo. Aux pôles, le lavabo fait un tour en 24 heures alors que l'eau reste immobile.

Aux latitudes moyennes, le mouvement dans l'espace du lavabo, entraîné par la rotation de la Terre, est plus compliqué. Un pendule de Foucault installé à une latitude de 45° fait un tour en 34 heures au lieu de 24. Il en est de même pour l'eau d'un lavabo, qui, si elle était superfluide, ferait un tour complet dans le lavabo toutes les 34 heures.

Lorsqu'on remplit le lavabo avec un robinet, il faut donc se demander si les mouvements de rotation qui demeurent au sein du liquide sont supérieurs ou inférieurs à un tour toutes les 34 heures. S'ils sont plus rapides que cela, ils l'emporteront sur l'effet de la rotation de la Terre lorsqu'on retirera le bouchon.
...A condition qu'en plongeant la main dans l'eau pour attraper le bouchon, on ne provoque aucun tourbillon dont la vitesse ne soit encore supérieure.

[Pio2001]

Il n'est pas en relation directe avec ce fil (pas de lavabo, pas de Coriolis, et la rotation du flux est longitudinale au déplacement du fluide, une espèce de tore, je ne sais pas si on peut dire "vortex" dans ce cas), mais tellement joli...me pardonnerez-vous?

http://www.koreus.com/video/canon-vortex.html

Il me semble, à moi, qu'il y a bien un lien direct : la boîte est le lavabo, et l'ouverture pratiquée devant est l'orifice d'écoulement. L'air s'y écoule en tourbillonnant, exactement comme l'eau qui quitte le lavabo... en admettant qu'il y a bien un vortex, et non une simple onde de surpression, ce qui n'a pas été vérifié dans leur expérience.

[Amanuensis]

C'est donc le mouvement de rotation initial de l'eau qui s'amplifie.

Faudrait-il encore qu'il y ait un mouvement de rotation initial significatif. Et c'est assez douteux sans une force extérieure qui compenserait l'atténuation de tout mouvement de rotation dans la situation stationnaire précédant l'ouverture de la bonde. Et on se demande bien qu'elle serait cette force extérieure.

Une fois la bonde ouverte, on peut imaginer que l'asymétrie du dispositif suffira à rendre l'écoulement non uniformément radial, et que c'est l'écoulement (et donc en dernier ressort l'énergie potentiel de pesanteur) qui crée un mouvement de rotation.

[ansset]

tout est là, pour ceux qui doute encore:
http://fr.wikipedia.org/wiki/Force_d...3.A9anographie
avec un chapitre explicatif sur le lavabo.

XXXXXXXXXutilisez les MP xxxxxxxxxxxx


cordialement

[LPFR]

Bonjour.
On se calme.
Prière de régler vos comptes par MP.
Pour la modération.

[ansset]

ok, pas de soucis.
désolé.

[Amanuensis]

tout est là, pour ceux qui doute encore:
http://fr.wikipedia.org/wiki/Force_d...3.A9anographie
avec un chapitre explicatif sur le lavabo.

Je vais me répéter, cela semble utile.

Sur le fond, cet article, tout comme le lien [2] qu'il donne, n'est pas satisfaisant parce qu'ils n'expliquent pas la différence d'énergie entre les mouvements éventuels de l'eau avant ouverture et le mouvement de rotation quand le vortex est bien installé.

Il y a même des phrases renforçant, plutôt que résolvant, cette question, comme "microcourants d'eau créés lors de son remplissage".

L'explication pointée par le message #2 est nécessaire pour combler le manque.

Et c'est important. Les gens ne sont pas aussi bêtes qu'on le présente sur ces sujets. L'absence de mouvement visible avant l'ouverture clashe avec l'intensité de la rotation bien visible du vortex (quand il y en a un), et, indépendamment du sens, l'origine du mouvement pose question. Coriolis est une réponse fausse, mais est bien une tentative de réponse à la question sous-jacente, celle portant sur l'intensité et non la direction.

Si quelqu'un a des sources donnant des calculs de mécanique des fluides approfondissant ce qui est décrit là : http://forums.futura-sciences.com/ph...ml#post1899441 (le message cité message #2 de ce fil), et en particulier l'amplification progressive de la vitesse de rotation du tourbillon qui y est évoquée, ce serait intéressant.

[ansset]

une précision technique.
en supposant même que l'impact de coriolis soit très faible, il aurait pu être interessant de conforter les calculs par une expérimentation.
mais celle-ci et la mise au point d'un protocle pose beaucoup de soucis, compte tenu de la précision nécessaire.
1) le respect des conditions initiales :
il faut que l'eau soit totalement stable avant le début de l'opération.
ensuite pouvoir déclancher ( deboucher le siphon ) sans aucune interaction avec l'eau. ??? ça pose problème.
et en même temps enlever le bouchon de manière totalement verticale.. ( et sans remuer l'eau ????? ) je ne sais pas faire.
2) le lavabo.
il faut d'abord en avoir une quantité suffisante . répeter l'opération N fois au même endroit n'apporte rien.
qu'ils soient répartis à différentes latitudes.
qu'ils soit chacun totalement homogènes ( isotrope ) , pour s'assurer que sa forme n'induit aucune turbulence.
de surcroit, la majorité des lavabos ou des baignoires ont leur siphon de manière très excentrée par rapport à leur centre.
( prèt du fond )
ce qui induit aussi des turbulences.
3) enfin il faut "mesurer" la rotation éventuelle sans intervenir sur l'écoulement.....

[LPFR]

Bonjour.
Dans une expérience de ce type, on ne peut pas avoir la bonde dans le récipient, mais dans le tuyau d'évacuation le plus loin possible du récipient.
Pour ce qui est de la symétrie, on n'a pas besoin d'une symétrie de rotation. Il suffit d'une symétrie par un plan qui passe par l'axe de la sortie. Elle suffit à assurer qu'il n'y a pas de couple vertical induit par les vitesses des différentes parties du liquide. Mais une symétrie axiale est plus rassurante et peut-être plus facile à faire.
Mais ce qui est plus difficile à garantir, est l'absence de courants de convection. Il faut que la température du liquide et celle de la pièce soient identiques depuis un bon moment.
Finalement, il faut que le récipient soit assez grand pour que le temps d'évacuation donne le temps au phénomène d'amplification de se développer.
Je n'ai pas de doutes que si on arrive à éliminer toutes les autres influences, c'est Coriolis, à la fin, qui gagnera.
Mais pour prouver que c'est bien Coriolis, il faudra déménager l'appareil dans l'autre hémisphère sans le démonter.
Finalement, il faudrait que cela présente un intérêt quelconque. Peut-être pour les Mythbusters ?
Au revoir.

[ansset]

Mais ce qui est plus difficile à garantir, est l'absence de courants de convection. Il faut que la température du liquide et celle de la pièce soient identiques depuis un bon moment.
Finalement, il faut que le récipient soit assez grand pour que le temps d'évacuation donne le temps au phénomène d'amplification de se développer.
Je n'ai pas de doutes que si on arrive à éliminer toutes les autres influences, c'est Coriolis, à la fin, qui gagnera.
Mais pour prouver que c'est bien Coriolis, il faudra déménager l'appareil dans l'autre hémisphère sans le démonter.
Finalement, il faudrait que cela présente un intérêt quelconque. Peut-être pour les Mythbusters ?
Au revoir.

qui sont les Mythbusters ?
je crois aussi probable qu'en éliminant tous les autres phénomènes, il restera coriolis
( un tout petit peu mais peut être mesurable avec un recipient suffisement grand )

pas sur que l'expérience soit easy non plus.

[LPFR]

qui sont les Mythbusters ?
...

Re.
C'est une émission (chaine 64 Discovery payante) dans laquelle ils vérifient des mythes.
Ce sont les seuls à pouvoir dépenser de sommes importantes pour des manips inutiles.
Mais c'est très amusant.
A+

[invite7863222222222]

Mais on pourrait aussi s'appuyer sur des simulations numériques, non ? un peu plus simple, quand même je pense.

[obi76]

pour le coup, je pense que ça sera (très) long à simuler correctement.

[LPFR]

Mais on pourrait aussi s'appuyer sur des simulations numériques, non ? un peu plus simple, quand même je pense.

Re.
Non. Certainement pas.
Car il s'agit d'évaluer de que l'on ne connaît pas avec certitude. Dans un modèle on calcule ce que l'on connaît très bien. Quand on a des inconnues ou des incertitudes sur les conditions initiales le calcul n'a rien de très sur. Comparez avec les prévisions météorologiques.
A+

[Damien49]

La forme du lavabo va conditionner le sens de rotation, tout simplement.

http://www.meteobell.com/__glossaire_c.php#coriolis