Explication concrete effet gyroscopique

[invite40f82214]

bonjour tous le monde

j'ai lu plusieurs sujet sur le forum sur l'effet gyroscopique mais il n'y a aucune reelle explication dessus.

Par exemple je voudrais savoir pourquoi si on fait tourner une roue de velo et qu'on pose son axe sur notre doigt elle ne tombe pas.(s'il vous plait je ne veut ppas d'explication du type: c'est grace à l'effet gyrosciopique)

la roue est bien soumise à son poids et a la reaction du doigt mais c'est deux forces aurait tendance a faire tomber notre roue car elle ne se s'equilibre pas.
y a t il donc apparition d'une nouvelle force????(su que je doute vraimant)

ou es ce l'effet de la conservation d'une quantité de mouvement (si oui merci d'etre assez precis dans votre explication)

merci de votre aide c'est super gentil
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[cedbont]

Bonjour,

en fait, c'est grâce à l'effet gyroscopique...






Plus sérieusement, tu peux faire les calculs que j'ai la f...e de faire :
-considère un disque plein en rotation autour de son axe de symétrie,
-en négligeant le poids, tu considères qu'on applique un couple à la roue selon un axe perpendiculaire à celui de la roue.
Grâce à l'équation des moments du principe fondamental de la dynamique, tu dois pouvoir trouver qu'il se passe quelque chose !

[invite40f82214]

merci quand meme pour la reponse

quand tu dit: un couple à la roue selon un axe perpendiculaire à celui de la roue je ne comprend pas se que cela veut dire, le couple qui est fourni et selon l'axe de rotation de la roue et non perpendiculaire a cet axe.

si je fais le PFD pour un solide avec torseurs dynamique je ne voit pas trop oou cela va me mener

[invite0324077b]

si tu cherche une explication pifometrique de l'effet gyroscopique je vais te donner la mienne :

remplace la roue de velo par une fronde

quand tu tient la roue de velo avec un seul bout d'axe sur ton doigt ca la soumet a un couple : l'equivalent pour la fronde est de soumetre la fronde a une force en avant quand elle est en haut est en arriere quand elle est en bas : cela devie la trajectoire de cette fronde : l'effet est dephasé d'un quart de tour : la fronde qui a subit l'effort en avant quand elle etait en haut se retrouve en avant quand elle est horizontale et repasse toujours au meme point en bas , et en arriere quand elle remonte : le plan de rotation tourne suivant 1/4 de tour de retard par rapport a l'effort subi

[A voir en vidéo sur Futura]

[invite40f82214]

desolé mais j'ai du mal a conprendre ton explication je ne vois pas en quoi cela empeche la roue de tombé lorsqu'elle est en rotation

merci quand meme

[invite30d411fd]

Lorsqu'une roue tourne, son axe tend à rester pointé dans la même direction. Si on exerce une force pour faire pointer l'axe ailleurs, l'effet gyroscopique va réagir en créant une force opposée. Un équilibre s'installe et la roue reste en rotation sans qu'elle ne tombe.

[invite40f82214]

merci pour la reponse mais voici se qui me gene:

Lorsqu'une roue tourne, son axe tend à rester pointé dans la même direction.

je comprends se que tu veut dire mais qu'es qui produit ce phenomene???

[invite30d411fd]

Le moment cinétique d'un système isolé (représenté vecteur parallèle à l'axe) se conserve. Si la roue ne le transmet pas à un autre objet (on néglige les frottements avec ton doigt), elle n'a pas d'autre choix que de pointer dans la même direction.

Si tu forces l'axe à tourner, la roue n'est plus isolée et voit son moment changer. Le tien change également pour respecter la conservation. Essaye de bouger la roue en rotation brutalement, tu sentiras cette force !

[invite40f82214]

merci je comprend

[EspritTordu]

Si on exerce une pression sur l'axe x seulement (décentrée de l'axe de la roue), sur la roue, le support de la roue connait-il une force similaire sur x?

[stefjm]

Bonjour,
Si on met deux roues qui tournent en sens inverse, cela ne marche plus.

[calculair]

Bonjour,

ce qui determine l'effet gyroscopique c'est l'equation suivante

La derivee du moment cinetique = le moment des forces appliquées.

Je saurais peut être retrouver la demonstration de cette formule

Moment cinitéque = OM ^mV en vecteur
derivée moment cinetique = dOM/dt ^mV + OM ^d(mV)/dt

dOM/ dt et V sont colineaires donc le produit vectoriel = 0

Derivee moment cinetique = OM ^F

[invite6dffde4c]

Bonjour.
On a déjà parlé de l'effet gyroscopique ici.
J'avais joint, à cette discussion, cette pièce jointe.
Au revoir.

[invite4251c47f]

C'est l'effet d'une force d'inertie dite complémentaire, c'est à dire composé d'au moins un mouvement rotatif.

Une toupie que vous essayez de déstabiliser, sous l'effet de l'addition
de plusieurs accélérations (votre force + la force centrifuge d'un élément quelconque de la toupie) crée par addition vectorielle une accélération perpendiculaire à la poussée que vous donnez qui à son donne naissance à une nouvelle poussée perpendiculaire et de proche en proche, ça finit par faire le mouvement de precession de la pointe de la toupie autour de son centre de gravité.

Pareil pour patineuse tournant sur elle même qui ramène ses bras vers elle, l'accélération des bras vers le centre plus les forces d'inertie centrifuges créent des couples de forces dites de Coriolis sur les bras qui ont pour effet d'augmenter la vitesse de rotation de la patineuse, le but de ses forces étant de conserver (aux frottements près) le moment cinétique de la patineuse. C'est pourquoi on appelle les forces d'inertie des pseudo forces elles ne sont là transitoirement que pour assurer la conservation de l'énergie d'un système.

[invite6dffde4c]

Pareil pour patineuse tournant sur elle même qui ramène ses bras vers elle, l'accélération des bras vers le centre plus les forces d'inertie centrifuges créent des couples de forces dites de Coriolis sur les bras qui ont pour effet d'augmenter la vitesse de rotation de la patineuse, le but de ses forces étant de conserver (aux frottements près) le moment cinétique de la patineuse. C'est pourquoi on appelle les forces d'inertie des pseudo forces elles ne sont là transitoirement que pour assurer la conservation de l'énergie d'un système.

Bonjour.
Je crois qu'il est plus prudent de laisser Coriolis reposer en paix.
Les forces de Coriolis, comme les centrifuges et les autres forces d'inertie sont de forces qui ne sont "vues" que depuis un repère non inertiel. Restons donc sur le référentiel inertiel et laissons en paix les forces d'inertie.
On n'a pas besoin d'elles ni pour expliquer l'effet gyroscopique ni la conservation du moment angulaire.
Au revoir.

[EspritTordu]

Une toupie que vous essayez de déstabiliser, sous l'effet de l'addition
de plusieurs accélérations (votre force + la force centrifuge d'un élément quelconque de la toupie) crée par addition vectorielle une accélération perpendiculaire à la poussée que vous donnez qui à son donne naissance à une nouvelle poussée perpendiculaire et de proche en proche, ça finit par faire le mouvement de precession de la pointe de la toupie autour de son centre de gravité.

Je ne comprends pas très bien. De loin, lorsque on exerce une force sur une roue, on à l'impression que l'engin absorbe une partie de la force ( ce qui me semble pas faux puisque c'est en fait une partie de la force précédente qui compense la force qui suit). Effectivement, cette force conduit à un mouvement de précession qui se traduit par un mouvement oscillant sur les deux autres axes y et z. Mais peut-on dire que l'engin absorbe la quantité de mouvement sur x? ou bien la transmet sur y et z? Si le gyroscope est dans une boîte fermée mise en mouvement par réaction, c'est-à-dire par exemple, un jet d'une bille depuis une face de la boîte vers le disque tournant, la boîte s'immobilise-t-elle sur x?

[invite6dffde4c]

Je ne comprends pas très bien. De loin, lorsque on exerce une force sur une roue, on à l'impression que l'engin absorbe une partie de la force ( ce qui me semble pas faux puisque c'est en fait une partie de la force précédente qui compense la force qui suit). Effectivement, cette force conduit à un mouvement de précession qui se traduit par un mouvement oscillant sur les deux autres axes y et z. Mais peut-on dire que l'engin absorbe la quantité de mouvement sur x? ou bien la transmet sur y et z? Si le gyroscope est dans une boîte fermée mise en mouvement par réaction, c'est-à-dire par exemple, un jet d'une bille depuis une face de la boîte vers le disque tournant, la boîte s'immobilise-t-elle sur x?

Bonjour.
Je ne comprends pas ce que vous voulez dire.
J'ai l'impression que vous n'avez jamais ni vu ni senti ce que fait un gyroscope quand on essaie de le faire tourner. Une fois qu'on la senti, c'est tellement déconcertant qu'on ne l'oublie pas.
Pour l'instant je vous suggère de lire la pièce jointe que j'ai indiquée plus haut. Peut-être qu'après on pourra parler des questions plus précises sans phrases comme "l'engin absorbe une partie de la force" ou "Effectivement, cette force conduit à un mouvement de précession qui se traduit par un mouvement oscillant sur les deux autres axes y et z", qui n'ont pas beaucoup de sens.
Au revoir.

[calculair]

bonjour,

L'effet gyroscopique est trés deconcertant.

Javais un compas gyroscopique d'avion. Toute la mecanique de precision laissait tourner le gyroscope au repos pratiquement dans tous les sens avec des frotements tès faibles.

Quand le gyroscope etait lancé, la mecanique etait comme bloquée, l'axe du gyro conserve sa direction perpendiculairement à son axe de rotation.

[invite6dffde4c]

Bonjour Calculair.
Oui, mais la manip qui vaut la peine avoir fait au moins une fois dans sa vie c'est avoir essayé de faire tourner un gyroscope qui n'est pas montée sur une suspension Cardan. Et pour cela un simple gyroscope jouet à 10 € suffit. J'avais acheté un pour que mes étudiants fassent la manip avec leurs mains. Et rien que voir leurs vissages pendant la manip, valait l'investissement. On peut aussi avoir un léger aperçu, mais beaucoup moins intense, avec une perceuse ou un moulin à café tournant à haute vitesse.
Cordialement,
LPFR

[EspritTordu]

J'ai trouvé ce lien illustrant le gyroscope autrement que par des sphères imbriquées peu faciles à imaginer bouger ; il s'agit d'un gyroscope monté sur un U, sans doute s'agit-il de ce que vous appelez suspension cardan?
http://accrodavion.jexiste.be/Accrod...teurdecap.html
Sur cette illustration, il y a trois liaisons pivots autres que celle de mise en rotation du moteur ; celles-ci se ne se mettent-elles pas à osciller pour traduire le mouvement de précession si on exerce un couple perpendiculaire à l'axe du moteur tournant (si on met un écran vertical face au gyroscope, l'axe du moteur dessine un cercle)?

Voici une autre image d'un gyroscope :http://en.wikipedia.org/wiki/Angular_momentum
Idéalement la répartition de matière, de masse sujette au champ gravitationnel,
dans le disque tounant est parfaite et dans ce cas faire tenir un disque sur son axe tel que l'image le présente est de facto facile, mais dans la réalité la répartition n'est pas aussi régulière que cela, et l'engin à toujours tendance à tomber d'un côté plutôt que de tenir sur son axe. Cette différence de répartition de masse entraîne un couple que la mise ne mouvement du disque, suite à l'effet gyroscopique semble effacer (surtout lorsque le mouvement de précession est infime et presque pas visible). Pour moi, c'est comme si d'un côté du disque tournant, vu de profil, on suspendait une petite masselote visualisant bien le couple généré sur le gyroscope. Cette masselote (non soumise à une force centrifuge pour ici...) exerce une force verticale par rapport au sol pas nécessairement tout le temps perpendiculaire au disque n'est-ce pas? Je me demande alors si le support soutenant l'axe du gyroscope porte tout le poids de la masselote?

[invite6dffde4c]

J'ai trouvé ce lien illustrant le gyroscope autrement que par des sphères imbriquées peu faciles à imaginer bouger ; il s'agit d'un gyroscope monté sur un U, sans doute s'agit-il de ce que vous appelez suspension cardan?
http://accrodavion.jexiste.be/Accrod...teurdecap.html
Sur cette illustration, il y a trois liaisons pivots autres que celle de mise en rotation du moteur ; celles-ci se ne se mettent-elles pas à osciller pour traduire le mouvement de précession si on exerce un couple perpendiculaire à l'axe du moteur tournant (si on met un écran vertical face au gyroscope, l'axe du moteur dessine un cercle)?

Voici une autre image d'un gyroscope :http://en.wikipedia.org/wiki/Angular_momentum
Idéalement la répartition de matière, de masse sujette au champ gravitationnel,
dans le disque tounant est parfaite et dans ce cas faire tenir un disque sur son axe tel que l'image le présente est de facto facile, mais dans la réalité la répartition n'est pas aussi régulière que cela, et l'engin à toujours tendance à tomber d'un côté plutôt que de tenir sur son axe. Cette différence de répartition de masse entraîne un couple que la mise ne mouvement du disque, suite à l'effet gyroscopique semble effacer (surtout lorsque le mouvement de précession est infime et presque pas visible). Pour moi, c'est comme si d'un côté du disque tournant, vu de profil, on suspendait une petite masselote visualisant bien le couple généré sur le gyroscope. Cette masselote (non soumise à une force centrifuge pour ici...) exerce une force verticale par rapport au sol pas nécessairement tout le temps perpendiculaire au disque n'est-ce pas? Je me demande alors si le support soutenant l'axe du gyroscope porte tout le poids de la masselote?

Bonjour.
Le gyroscope du premier lien es bien dans une suspension "Cardan", c'est à dire qu'il peut garder son orientation et est insensible aux changements d'orientation du support. C'est la suspension idéale pour ne pas voir l'effet gyroscopique.
Le second lien est l'image d'un jouet comme celui auquel je fais référence. Il coûte 10 € et il les vaut si vous ne l'avez jamais tenu en main. Par contre la légende de l'image en wikipedia est une idiotie. La preuve en est que vous commencer à douter de ce que l'image représente. Votre image de masselotte, n'est pas bonne, car tout le disque est soumis aux mêmes forces de gravitation. Il n'y a pas d'asymétrie. Mais tout le disque subit son poids qui crée un moment qui le ferait basculer s'il ne tournait pas. Mais s'il tourne, au lieu de tomber, il va entamer un mouvement de précession.

Et oui, le support voit le poids du gyroscope, comme s'il était immobile.

Au revoir.

[EspritTordu]

Pour moi, le disque immobile tombe pour deux raisons, l'une c'est que la force de gravitation n'est pas parfaitement identique sur tout le disque, la seconde, c'est que pour aligner l'axe sur le champ gravitationnel initialement cela relève de la théorie plutôt que la pratique, et au fond c'est nous qui donnons l'angle avec le champ gravitationnel qui conduit à ce que le disque tombe.

Peut-on dire au fond que la précession c'est une chute continue (compensée par la vitesse du disque)?

Si j'accroche un fil sur le disque (le fil reste immobile pour autant), j'exerce une force de traction sur celui-ci, parfaitement alignée sur g, je mets l'engin en précession avec un angle plus grand, n'est-ce pas? Le support a-t-il alors à soutenir l'effort du fil en plus?

[invite6dffde4c]

Bonjour.

Pour moi, le disque immobile tombe pour deux raisons, l'une c'est que la force de gravitation n'est pas parfaitement identique sur tout le disque, la seconde, c'est que pour aligner l'axe sur le champ gravitationnel initialement cela relève de la théorie plutôt que la pratique, et au fond c'est nous qui donnons l'angle avec le champ gravitationnel qui conduit à ce que le disque tombe.

La photo de wikipedia est une photo idiote. Et le commentaire aussi. L'intérêt du gyroscope n'est pas de maintenir un objet en équilibre instable (comme dans la photo). Mais de changer le comportement d'un objet en déséquilibre.
Donc oubliez cette photo idiote et occupez vous du cas où le gyroscope est incliné d'un bon angle: 45° ou 90°.

Peut-on dire au fond que la précession c'est une chute continue (compensée par la vitesse du disque)?

Non. La précession c'est la précession.

Si j'accroche un fil sur le disque (le fil reste immobile pour autant), j'exerce une force de traction sur celui-ci, parfaitement alignée sur g, je mets l'engin en précession avec un angle plus grand, n'est-ce pas? Le support a-t-il alors à soutenir l'effort du fil en plus?

Au lieu d'accrocher le fil au disque, ce qui n'est pas réaliste, accrochez-le au support (le cercle qui tient les pivots) du disque et qui est partie intégrante du gyroscope.
Effectivement, le support du gyroscope voit le poids du gyroscope plus le poids accroché à la ficelle.
Mais le poids ne change pas l'angle de précession du gyroscope. Il change la vitesse de précession.
Au revoir.

[EspritTordu]

Je suis septique, je ne comprends pas pourquoi vous la trouvez idiote, après tout me semble-t-il, c'est l'application des gyroscope dans les fusées (par exemple) que représente cette photo, le support est remplacé par la propulsion, les défauts d'équilibre, par les écarts de trajectoires de l'engin... Sans allez aussi loin, le gyroscope tel que utilisé comme une toupie, compense bien un couple aussi.

Peut-on dire au fond que la précession c'est une chute continue (compensée par la vitesse du disque)?

Ma question se borne à ce cas précis illustrée par la photo effectivement.

Si j'accroche un fil sur le disque (le fil reste immobile pour autant), j'exerce une force de traction sur celui-ci, parfaitement alignée sur g, je mets l'engin en précession avec un angle plus grand, n'est-ce pas? Le support a-t-il alors à soutenir l'effort du fil en plus?

Oui vous avez raison, le fil est plus à fixer sur le cadre plutôt que sur le disque. Si la vitesse de précession change, l'angle lui reste identique ? la vitesse du gyroscope varie-t-elle?

[invitebaef3cae]

Cette masselote (non soumise à une force centrifuge pour ici...) ...

bonjour,

Je crois que pour commencer il faudrait que vous vous procuriez un cours de mécanique élémentaire. Une bonne fois pour toute, la force centrifuge n'existe pas!!! ce n'est pas une force objectif.

Bonne journée

[EspritTordu]

C'est juste, la force centrifuge est une force, si tentée qu'on puisse continuer à l'appeler ainsi, qui semble apparaître dans des référentiels accélérés. C'est la cas ici, puisque on regarde le disque dans le reférentiel du laboratoire, n'est-ce pas?

[invite7bd2883c]

Pour rendre simple une chose en apparence compliquee, chaque element de masse du gyroscope en rotation doit si l'on "tourne" le gyroscope passe d'une vitesse v (0 degre) a - v (180 degre) il subit donc une acceleration dans le plan perpendiculaire au disque d'autant plus forte qu'il est eloigne de l' axe et que le gyroscope tourne vite. Le produit de toute ces accelerations par les masses cree une force sur l'axe du gyroscope (le mouvement du gyroscope va tendre a annuler l'acceleration cad mettre al'horizontale la roue de byciclette par exemple) . Ce n'est que l'application de la loi de newton a un corps en rotation. Pour simplifier les calculs ont a creer les moments d'inertie et autres tenseurs.
La beaute de la chose c'est que c'est parfaitement reversible et que l'on peut faire tourner le gyroscope en l'accelerant (voir powerball)

[invite6dffde4c]

La beaute de la chose c'est que c'est parfaitement reversible et que l'on peut faire tourner le gyroscope en l'accelerant (voir powerball)

Bonjour.
Non. On ne fait pas tourner un gyroscope en l'accélérant.
Dans la "powerball" on peut accélérer la rotation car l'axe de la partie tournante n'est pas tenu par des pivots mais sur un sillon et l'axe s'appuie sur les côtés. La construction mécanique de la powerball n'est pas banale. Si non, ils n'auraient pas pu la breveter.
Au revoir.

[invite7bd2883c]

Pour rendre simple une chose en apparence compliquee, chaque element de masse du gyroscope en rotation doit si l'on "tourne" le gyroscope passe d'une vitesse v (0 degre) a - v (180 degre) il subit donc une acceleration dans le plan perpendiculaire au disque d'autant plus forte qu'il est eloigne de l' axe et que le gyroscope tourne vite. Le produit de toute ces accelerations par les masses cree une force sur l'axe du gyroscope (le mouvement du gyroscope va tendre a annuler l'acceleration cad mettre al'horizontale la roue de byciclette par exemple) . Ce n'est que l'application de la loi de newton a un corps en rotation. Pour simplifier les calculs ont a creer les moments d'inertie et autres tenseurs.
La beaute de la chose c'est que c'est parfaitement reversible et que l'on peut faire tourner le gyroscope en l'accelerant (voir powerball)

suite a une remarque judicieuse d'un lecteur, on peut effectivement faire tourner le gyroscope en utilisant la precession grace a des dispositif ingenieux type powerball mais cela implique un certain degre de friction le parfaitement reversible est donc de trop

[inviteb45a258c]

Bonjour, je lis vos "explications sur l'effet gyroscopique et je suis sidéré que personne ne donne une explication compréhensible par des non-initiés!

Pour moi, le phénomène se comprend sans formules ni recours à des précessions, moments cinétiques, coriolis ou autres abstractions.

mais pour le comprendre, il faut d'abord simplifier !

Prenez une bascule comme on en trouve dans les jardins publics où les enfants s'assoient de part et d'autre et s'amusent à monter et descendre alternativement.

Placez cette bascule au centre d'un plateau tournant autour d'un axe vertical ( On trouvait d'ailleurs ce genre de plateau dans les mêmes parcs, mais, trop dangereux, on n'en trouve plus guère! )

Faites tourner le plateau : la bascule aura tendance à se placer en position d'équilibre horizontal, à cause de la force centrifuge ( c'est dans cette position que les gosses seront le plus éloignés de l'axe de rotation du système ! ).

Ce phénomène est à mon avis, non seulement compréhensible par des profanes mais intuitif chez beaucoup d'entre eux. Tout le monde dira "mais c'est évident".

Quand on a compris cela, on n'est plus très loin d'avoir compris la toupie ou le gyroscope.

En effet, si on place maintenant une seconde bascule perpendiculairement à la première, elle se placera horizontalement également.

En fait, on a un système stabilisé dans deux directions perpendiculaires et les axes horizontaux des bascules peuvent être remplacés, en pensée par la pointe de la toupie...

Bref, je pense que cette expérience mentale doit en éclairer plus d'un sur ce qui se passe physiquement quand on fait tourner cette fameuse toupie.

Ps désolé d'avoir fait attendre certains d'entre vous pendant plusieurs années pour cette intervention, mais je découvre seulement aujourd'hui votre site.

Salutations.