Comment se fait-il qu'un avion puisse voler?

[invited2cdf047]

Bonjour Messieurs
Il est trés reconfortant de constater l'intéret que vous portez aux avions.
Mais je suis étonné par le fait que c'est toujours Bernoulli qui est cité,je n'ai rien contre ce monsieur génial , il n'avait qu'une plume d'oie,mais le 1/2 de Ro V2,ça va pas loin ,a peine .3 de Mach ,car aprés le ro n'est plus constant ,il faut passer a
Saint Venant (Pr totale =Prstatique x (1+ ((ga-1)/2)x M^2)^(ga/(Ga -1) en isentropique qui lui "tire "jusqu'a Mach 5 environ , aprés c'est la CFD
En ce qui concerne la portance que vous evoquez,ne pas oublier que la position du point d'arret de l'ecoulement (en bidimensionnel)et de savoir calculer le champ des vitesses autour d'un obstacle profilé (l'aile) sont essentiels.
Et ce bon Kutta-joukowski qui démontré (1/2 ro V2) que la portance est fonction de la circulation de l'ecoulement, entre autres,vous l'avez oublié ?
Cordialement et bonne continuation Gaz et chaleur
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[zoup1]

Bonjour Messieurs
Il est trés reconfortant de constater l'intéret que vous portez aux avions.
Mais je suis étonné par le fait que c'est toujours Bernoulli qui est cité,je n'ai rien contre ce monsieur génial , il n'avait qu'une plume d'oie,mais le 1/2 de Ro V2,ça va pas loin ,a peine .3 de Mach ,car aprés le ro n'est plus constant ,il faut passer a
Saint Venant (Pr totale =Prstatique x (1+ ((ga-1)/2)x M^2)^(ga/(Ga -1) en isentropique qui lui "tire "jusqu'a Mach 5 environ , aprés c'est la CFD
En ce qui concerne la portance que vous evoquez,ne pas oublier que la position du point d'arret de l'ecoulement (en bidimensionnel)et de savoir calculer le champ des vitesses autour d'un obstacle profilé (l'aile) sont essentiels.
Et ce bon Kutta-joukowski qui démontré (1/2 ro V2) que la portance est fonction de la circulation de l'ecoulement, entre autres,vous l'avez oublié ?
Cordialement et bonne continuation Gaz et chaleur

Si tu lis le fil, tu verras que l'on a rien oublié, à l'exception du cas compressible...

[invited2cdf047]

Bonjour Mr Zoup1
Tout sauf le compressible! ,c'est pourtant le cas le plus courant en aéronautique.Ce qui ne veux pas dire qu'un avion de voltige par exemple (cap 231,extra 300 ou autres) ne pose pas de probleme interessant bien que son domaine de vol soit l'incompressible.
Question a 100 sous.Comment vous expliquez qu'un fluide accelere lorsqu'il rencontre
un obstacle profilé et donc que sa pression statique dinimue,ce qui est a l'origine de la portance elementaire d'une aile
A noter que dans mon dernier message,je cite Kutta-Joukoswki.C'est le théoreme de
K-J puisqu'il s'agit de 2 personnes
Merci pour votre réponse Cordialement Gaz et chaleur

[zoup1]

Bonjour Mr Zoup1
Tout sauf le compressible! ,c'est pourtant le cas le plus courant en aéronautique.Ce qui ne veux pas dire qu'un avion de voltige par exemple (cap 231,extra 300 ou autres) ne pose pas de probleme interessant bien que son domaine de vol soit l'incompressible.
Question a 100 sous.Comment vous expliquez qu'un fluide accelere lorsqu'il rencontre
un obstacle profilé et donc que sa pression statique dinimue,ce qui est a l'origine de la portance elementaire d'une aile
A noter que dans mon dernier message,je cite Kutta-Joukoswki.C'est le théoreme de
K-J puisqu'il s'agit de 2 personnes
Merci pour votre réponse Cordialement Gaz et chaleur

Bonjour Mr Gaz et Chaleur,
Zoup1 c'est pas mon vrai nom, zoup1 c'est juste un pseudo... Pour de vrai je m'appelle Olivier...

Il est vraissemblable que le cas cas compressible est très interessant mais vu le niveau de la discussion il ne me semble absolument pas important de l'aborder ici.
Je l'explique de plein de manière différentes si besoin est, en essayant de dire à chaque fois le moins de bétise possible.
En ce qui concerne Kutta Joukowski esboy en parle dans son message #43
Moi meme je parle de Joukowski et de transformation conforme dans mon message #56
Enfin je parle de la condition de Kutta dans mon message #62 dans lequel je donne également un lien vers un site très bien fait qui parle des écoulements irrotationnels http://www.diam.unige.it/~irro/index.html et que j'invite chacun à aller regarder. Je ne pense pas non plus que l'on puisse aller très loin sur ce forum et que parler en détail de transformation conforme ne me semble pas bien indiqué.

D'autres remarques sur la tenue de la discussion ?

[invite7ce6aa19]

Bonjour Mr Zoup1
Tout sauf le compressible! ,c'est pourtant le cas le plus courant en aéronautique.Ce qui ne veux pas dire qu'un avion de voltige par exemple (cap 231,extra 300 ou autres) ne pose pas de probleme interessant bien que son domaine de vol soit l'incompressible.
Question a 100 sous.Comment vous expliquez qu'un fluide accelere lorsqu'il rencontre un obstacle profilé et donc que sa pression statique dinimue,ce qui est a l'origine de la portance elementaire d'une aile
A noter que dans mon dernier message,je cite Kutta-Joukoswki.C'est le théoreme de K-J puisqu'il s'agit de 2 personnes
Merci pour votre réponse Cordialement Gaz et chaleur

Pour amener un fluide a une certaine vitesse il faut bien l'accélerer. Pendant la phase d'accélération le gaz se trouve localement comprimé mais se détend de sorte que la pression 'statique" soit localement constante (en abscence de viscosité). Si la pression ne varie pas trop vite la loi de Bernoulli relie pression "statique" et vitesse

néanmoins c'est le profil de pression (fut-t-elle non stationnaire) sur l'ensemble qui contrôle la portance

[monnoliv]

Je n'ai toujours pas eu de contre argument valable concernant le raisonnement "newtonien" suivant

Copie du raisonnement:
Je considère le corps massif (avion) dans l'air, j'observe que ce corps ne tombe pas mais reste toujours à la même hauteur (pour faire simple). Je sais néanmoins qu'il devrait tomber puisqu'il subit une force vers le bas due à son propre poids. S'il ne tombe pas c'est qu'une force égale mais de sens opposé le maintient en l'air. D'où vient cette force ? La seule possibilité est de faire intervenir la 3ème loi de Newton. Il faut et il suffit que l'objet, par un moyen qui ne m'intéresse pas pour l'instant, envoie des paquets d'air vers le bas (de la masse en quantité) pour qu'en contrepartie, cette masse par réaction crée la force de portance désirée.

A part zoup1, est-on convaincu qu'un avion doit nécessairement éjecter de la masse d'air vers le sol pour obtenir de la portance ? Si oui, ok. Si non, démontrez ce qui cloche dans le raisonnement.

[invitef591ed4b]

Euh et paraît qu'en principe, Bernouilli et la quantité de mouvement sont les plus cités lorsqu'on pose la question d'un avion qui vole, mais qu'en réalité, ils ne sont pas optimaux ... D'une part il faut que l'air suive le profil de l'aile (ça se fait seulement avec un fluide visqueux), puis Bernouilli ignore totalement l'effet des vortex de von Karman au bout de l'aile, et enfin le maximum de portance, chez Bernouilli, est estimé à ±45 degrés, alors qu'expérimentalement, on obtient le maximum pour un angle d'inclinaison <45° ...

En réalité, il me semble qu'utiliser les équations de Navier-Stokes donne déjà de meilleurs modèles, mais je ne suis pas allé plus loin.

[invite48090e33]

Je n'ai toujours pas eu de contre argument valable concernant le raisonnement "newtonien" suivant

A part zoup1, est-on convaincu qu'un avion doit nécessairement éjecter de la masse d'air vers le sol pour obtenir de la portance ? Si oui, ok. Si non, démontrez ce qui cloche dans le raisonnement.

Je suis à peu près sûr que zoup1 n'a rien à redire à ce raisonnement (sauf que ce n'est pas exactement de la masse qu'on éjecte, mais de la quantité de mouvement).
Mais cette vision par bilan est très globale.
Tout le début du fil portait plutôt, il me semble, sur comment envoyer de la quantité de mouvement vers le bas avec une aile.

[pmdec]

Bonjour,

Encore une intervention en plein milieu de ce fil ...

Si vous mettez un oiseau dans une cage fermée (étanche, opaque) munie d'un perchoir à l'intérieur et posée sur une balance, il ne sera pas possible de savoir si l'oiseau vole ou non. Il ne sera possible de détecter, depuis l'extérieur, que les "transitions" (envol ou pose de l'oiseau).
Ceci me (= à mon avis) semble démontrer que le vol n'est q"une question de pression ...

Qu'en pensez vous ?

[invite7ce6aa19]

Je n'ai toujours pas eu de contre argument valable concernant le raisonnement "newtonien" suivant

A part zoup1, est-on convaincu qu'un avion doit nécessairement éjecter de la masse d'air vers le sol pour obtenir de la portance ? Si oui, ok. Si non, démontrez ce qui cloche dans le raisonnement.

Non il n'y a pas que zoup1 qui soit convaincu. si tu regardes mes toutes premières interventions sur ce fil j'ai expliqué la portance en termes de collisions sur les molécules de gaz. Je vais donc le redire autrement d'une manière plus simple:

Si un avion se déplace avec une vitesse V dans l'air avec une aile a 45° alors il rencontre des molécules de gaz: il y a collisions.
Le resultat des chocs est que dans cette géométrie simplifiée les molécules partent vers le bas et l'avion vers le haut:

on a selon l'axe vertical:

P1 + P2 = (P1C + P2C) = 0

avant collisions P1 = P2 = 0

Apres collisions P1C= -P2C

CQFD l'impulsion des molécules est opposées a l'impulsion du gaz.

Dit autrement selon la vertical il y a un choc entre l'aile et les molécules et partent dans des directions opposées: l'avion vers le haut les molécules vers le bas:

la force vers le haut F= DP/dt s'équilibre avec le poids de l'avion: ainsi l'avion avance tout droit en envoyant des molécules vers le bas.

Toutefois ces molécules n'arrivent au sol (contrairement a ce qui a été écrit) parceque l'impulsion est diffusée puis dissipée dans les 3 directions de l'espace apres que l'avion soit passé.

Néanmoins ce modèle simpliste mais qualitativement correcte est insuffisant pour mieux comprendre ce qui se passe.

c'est pourquoi on réecrit la loi de Newton F=dp:dt sous une autre forme a savoir que l'équation de Naviers-Stokes: l'equation de Naviers-stokes et toutes ses conséquences dérivent de l'équation de Newton et en particulier l'equation de Bernouilli mieux a même de décrire le comportement de l'interaction de fluide et de l'aide de l'avion

[invited2cdf047]

Bonjour Mr Olivier.
Je trouve que vos exposés sont d'un excellent niveau et je suis heureux de vous en féliciter.
La derniere question posée a savoir" Pourquoi un fluide accelere autour d'un profil" est une simple curiosité A l'epoque ,on le demontrait soit en faisant appel aux transform ations conformes, méthode que vous citez ,soit a l'aide de longues démos.
La reprensentation d'un ecoulement bidimensionnel par la fonction d'un réel+un im maginnaire me satifaisait,mais la parenthése de la vitesse conjuguée me paraissait une manipulation algébrique permettant de démontrer ce que l'on veut(Il y a aussi l'introduction du "volume de control" cher a certains de nos amis).
Donc rien de nouveau sous le soleil!
Il me semble pas que Naviers Stockes puisse demontrer que la vitesse maximale (théorique) autour d'un profil= 2 fois la vitesse en amont et a l'infini.Mais je n'ai pas etudié la numérisation de cette equation ,autrefois simplement citée car inaplicable (il n'y avait que la régle a calcul et l'art de replacer les derivées partielles par des valeurs finies n'etait pas ce qu'il est actuellement)
A noter que la méthode que vous avez citée a donné d'excellents résultats ......en amont du maitre couple,en aval,c'est une autre histoire.Mais + la soufflerie =avions trés performants(subsoniques bien sur)
Merci pour votre attention Cordialement Gaz et chaleur.(J.Raynard)

Etes-vous un des etudiants(olivier ,également) qui a choisi le projet Sirius pour son TIPE?
Je vais cliquer sur le site que vous indiquez dans votre dernier message.

[pmdec]

Toutefois ces molécules n'arrivent au sol (contrairement a ce qui a été écrit) parceque l'impulsion est diffusée puis dissipée dans les 3 directions de l'espace apres que l'avion soit passé.

Les molécules "qui ont percuté l'aile" n'arrivent pas au sol, certe, mais la pression s'y transmet obligatoirement. Je ne crois pas à cette "dispersion" de la réaction à la portance, car si tel était le cas il serait possible d'imaginer l'expérience suivante :

Dans une boîte fermée étanche d'une dimension "suffisante" vous enfermez un hélicoptère ou un avion en vol circulaire. Vous attachez un câble reliant l'appareil au plancher de la boîte ... et le tout se soulève pour aller, pourquoi pas, jusqu'à la lune : les gens qui construisent des fusées nous font perdre une quantité d'argent astronomique (!) ...
Quelle que soit la dimension de la boîte ceci est bien sûr impossible car la réction à la portance se traduit inévitablement par une augmentation de pression sur le plancher de la boîte qui interdit tout mouvement de ce type (portance et pression cumulée sur la surface du plancher s'annulent exactement). On peut voir les choses autrement : ceci est un système pseudo isolé (de même que l'ensemble avion-atmosphère-Terre) ...

[invite7ce6aa19]

Les molécules "qui ont percuté l'aile" n'arrivent pas au sol, certe, mais la pression s'y transmet obligatoirement. Je ne crois pas à cette "dispersion" de la réaction à la portance, car si tel était le cas il serait possible d'imaginer l'expérience suivante :

Dans une boîte fermée étanche d'une dimension "suffisante" vous enfermez un hélicoptère ou un avion en vol circulaire. Vous attachez un câble reliant l'appareil au plancher de la boîte ... et le tout se soulève pour aller, pourquoi pas, jusqu'à la lune : les gens qui construisent des fusées nous font perdre une quantité d'argent astronomique (!) ...
Quelle que soit la dimension de la boîte ceci est bien sûr impossible car la réction à la portance se traduit inévitablement par une augmentation de pression sur le plancher de la boîte qui interdit tout mouvement de ce type (portance et pression cumulée sur la surface du plancher s'annulent exactement). On peut voir les choses autrement : ceci est un système pseudo isolé (de même que l'ensemble avion-atmosphère-Terre) ...

Pour comprendre il suffit de faire un bilan d'energie:

1- l'avion effectue un travail vertical contre le poids de l'avion:

dW= P.dl

2- Je néglige l'energie cinetique vertical de l'avion.
3- je néglige toutes les forces de frottements.

4- L'energie cinetique des molécules:

de = 1/2 M.V2.dt

où M est la quantité de gaz déplacée par unité de temps.

toutes ces energies sont fournies par le deplacement horizontal de l'avion.

5- Que devient l'energie cinetique des molecules?

Le gaz apres passage de l'avion se retrouve hors d'equilibre. il va donc retourner a l'equilibre suivant un comportement régit par l'equation cinetique de Boltzman dans laquelle intervient un temps de relaxation de la vitesse. Donc si ta boite est suffisamment grande il n'y aura aucune différence sur les parois ce sera toujours la pression statique de repos.


6- Que se passerait-il dans le cas irréaliste où la vitesse des molecules ne relaxerait pas?

quelquechose de tres amusant:

En effet les molécules iraient taper au fond pour rebondir vers le haut, mais une implusion serait donner a la boite qui du coup par vers le bas. Pendant ce temps là les molécules remontent et vont taper en haut du coup la boite se met a remonter en haut et les molécules repartent en bas!

Bilan la boite oscille de haut en bas!

Mais attention l'avion alimente en continu des impulsions de molécules. donc il y aura ou pas une resonance avec les dimensions de la boite et donc l'amplitude peu de plus en plus augmenter. Voila ce qui arrive lorsque on oublie les mécanismes dissipatifs! quelque chose d'absurde mais tres amusant.

[pmdec]

.../... Donc si ta boite est suffisamment grande il n'y aura aucune différence sur les parois ce sera toujours la pression statique de repos..../...

Et donc l'avion pourra soulever la boîte qui le contient avec l'atmosphère qu'elle (la boîte) renferme !!! Et donc ...
C'est IM-POS-SI-BLE. Autre expérience si les choses se passaient comme ça , plus simple car les tourbillons d'eau ont moins de "portée" : un plongeur dans une boîte (fermée, contenant de l'eau pourrait, en palmant, faire se déplacer l'ensemble boîte-eau-plongeur.
Peut-être bien que les tourbillons de traînée se dissipent comme vous l'indiquez dans l'atmosphère, mais il ne saurait en être ainsi pour ce qui génère la portance : une différence de pression. Il me semble bien qu'il y a une "loi" ou un "pricipe" qui-dit-que la pression se propage "à l'infini" à la vitesse du son dans son milieu.
M'est avis que c'est aussi cela qui provoque le bang du mur du son : la vitesse de propagation de l'onde de pression étant plus petite que la vitesse du corps qui génère cette onde, elle "s'accumule" dans un faible volume ... mais c'est une autre histoire. Essayez tout d'abord de me démontrer pourquoi si, avec une boîte de la taille que vous voudrez, il est, évidemment, impossible que l'avion soulève la boîte qui le contient alors même, comme vous le dite, les parois ne subissent aucune pression (et qu'il n'y a donc pas de gradient de preession dans la boîte). Il me semble plus simple, pour cette question, d'envisager un hélico, dont le rotor est quasiment une aile tournante.

[invite7ce6aa19]

Et donc l'avion pourra soulever la boîte qui le contient avec l'atmosphère qu'elle (la boîte) renferme !!! Et donc ...

Lis bien[U] ce que j'ai ecrit: j'ai démontré mathématiquement que:

1- l'avion vole tout droit (par rapport au sol).
2- La boite ne bouge pas (a cause de la relaxation des vitesses des molécules).
3- dans le cas où il n'y a pas de dissipation (situation hyper-irréaliste) la boite oscille (par rapport au sol) autour d'une position moyenne.

Il me semble bien qu'il y a une "loi" ou un "pricipe" qui-dit-que la pression se propage "à l'infini" à la vitesse du son dans son milieu.
M'est avis que c'est aussi cela qui provoque le bang du mur du son : la vitesse de propagation de l'onde de pression étant plus petite que la vitesse du corps qui génère cette onde, elle "s'accumule" dans un faible volume ... mais c'est une autre histoire.

Le son est du a une excitation d'une onde de pression (compression-détente) au passage de l'avion. celle-ci se propage a la vitesse du son dans l'air (environ 330m/s). c'est elle que l'on entend au niveau du sol.

Il faut appliquer les prinicipes de la physique et rien d'autre!

[pmdec]

Il faut appliquer les prinicipes de la physique et rien d'autre!

Certes ...

1- l'avion vole tout droit (par rapport au sol).

Procédons par étapes ...
Cela change-t-il quelque chose à la "théorie du vol" que l'avion, au lieu de voler tout droit, fasse un grand virage permanent à altitude constante ? Ou qu'il s'agisse d'un hélico ?

NB Je ne prétends pas que l'avion volant dans une ((très) grande) boîte fasse bouger celle-ci.

[invite48090e33]

par exemple, sur un hélicoptère, la vitesse de l'aile (la pale) par rapport à l'air n'est pas constante le long de l'aile. De plus, lorsqu'il avance, on a un pale qui avance pendant que l'autre recule.

[invite7ce6aa19]

Certes ...
Procédons par étapes ...
Cela change-t-il quelque chose à la "théorie du vol" que l'avion, au lieu de voler tout droit, fasse un grand virage permanent à altitude constante ? Ou qu'il s'agisse d'un hélico ?

Non c'est tout a fait équivalent

NB Je ne prétends pas que l'avion volant dans une ((très) grande) boîte fasse bouger celle-ci.

Donc on est d'accord!

[pmdec]

[Donc on est d'accord!

Je n'en suis pas sûr :

Cela change-t-il quelque chose à la "théorie du vol" que l'avion, au lieu de voler tout droit, fasse un grand virage permanent à altitude constante ? Ou qu'il s'agisse d'un hélico ?

Non c'est tout a fait équivalent

Donc, supposons un avion en vol circulaire, ou un hélico en vol stationnaire, enfermé dans une boîte "étanche" pleine d'air, aussi grande que vous voulez.

A ce machin volant vous attachez un câble relié au plancher de la boîte. Si aucun gradient de pression n'apparaît avec une boîte "assez grande", alors rien n'empêchera l'hélico de soulever la boîte dans laquelle il se trouve. Ce qui est rigoureusement impossible. DONC il y a bien un gradient de pression dans la boîte, quelle que soit sa taille, et ce gradient est tel que :
(pression au voisinage du plafond multipliée par la surface du plafond )- (pression au voisinage du plancher multiplié par la surface du plancher) = portance = poids de l'hélico (puisque vol stationnaire).

Imaginer cette expérience avec un hélico (en vol stationnaire tout le temps) et une grande cage en grillage :
1. La cage est suspendue par son plafond sous l'hélico : aucun problème.
2. La cage est suspendue par son plancher et l'hélico dedans : périlleux, mais réalisable.
3. On met des panneaux sur les côtés (seulement sur les côtés) : ça marche toujours. La quantité d'air qui rentre (par le haut) et sort (par le bas) a une masse et une vitesse telles que "par réaction", l'hélico se maintient en vol.
4. Vous fermez aussi le plafond et le plancher : quelle que soit la taille de la cage : tout tombe !

[monnoliv]

Je suis à peu près sûr que zoup1 n'a rien à redire à ce raisonnement (sauf que ce n'est pas exactement de la masse qu'on éjecte, mais de la quantité de mouvement).

Oui, "éjecter de la masse" revient à cela.

Tout le début du fil portait plutôt, il me semble, sur comment envoyer de la quantité de mouvement vers le bas avec une aile.

Si c'est ça, je ne réponds effectivement pas à la question.

Mais cette vision par bilan est très globale.

Contrairement à certains, je trouve cette méthode très puissante, elle permet de mettre en lumière les effets fondammentaux, avant d'aller plus loin.

Non il n'y a pas que zoup1 qui soit convaincu. si tu regardes mes toutes premières interventions sur ce fil j'ai expliqué la portance en termes de collisions sur les molécules de gaz. Je vais donc le redire autrement d'une manière plus simple:

Ce n'est pas ce que tu semblais écrire ici (message 60):

Pas de doute! je ne comprends pas!
Pour moi vis a vis de la terre l'avion excite des ondes de pression, rien de plus: c'est tout simplement le son que l'on entend.

Toutefois ces molécules n'arrivent au sol (contrairement a ce qui a été écrit) parceque l'impulsion est diffusée puis dissipée dans les 3 directions de l'espace apres que l'avion soit passé.

Je n'ai jamais écris que les molécules d'air devaient arriver au sol. Elle sont envoyées vers le sol.

Néanmoins ce modèle simpliste mais qualitativement correcte est insuffisant pour mieux comprendre ce qui se passe.

Le mien, basé sur les bilans de forces est quantitatif et exact (sauf si j'ai oublié quelque chose dans le raisonnement).

Dans une boîte fermée étanche d'une dimension "suffisante" vous enfermez un hélicoptère ou un avion en vol circulaire. Vous attachez un câble reliant l'appareil au plancher de la boîte ... et le tout se soulève pour aller, pourquoi pas, jusqu'à la lune : les gens qui construisent des fusées nous font perdre une quantité d'argent astronomique (!) ...
Quelle que soit la dimension de la boîte ceci est bien sûr impossible car la réction à la portance se traduit inévitablement par une augmentation de pression sur le plancher de la boîte qui interdit tout mouvement de ce type (portance et pression cumulée sur la surface du plancher s'annulent exactement). On peut voir les choses autrement : ceci est un système pseudo isolé (de même que l'ensemble avion-atmosphère-Terre) ...

Si on fait un bilan de force "global", en trois lignes on démontre que la boîte ne se soulève jamais. Il n'est pas nécessaire de faire intervenir des notions d'énergie. Il y a bien sûr les "transitoires", donc des soubresauts autour d'une valeur moyenne (décolage-aterrissage, augmentation-diminution d'altitude).

Procédons par étapes ...
Cela change-t-il quelque chose à la "théorie du vol" que l'avion, au lieu de voler tout droit, fasse un grand virage permanent à altitude constante ? Ou qu'il s'agisse d'un hélico ?

Peu importe. Si tu réfléchis un moment tu t'apperçois que l'objet (vitesse initiale nulle), pour qu'il reste à l'intérieur de la boîte, doit subir des forces (vectorielles) dont la moyenne (dans le temps) est nulle. Donc (3ème loi de Newton) il exerce sur la boîte des forces de valeurs moyennes (dans le temps) nulles, et donc la boîte ne bouge pas (ou fluctue autour d'un équilibre).

[monnoliv]

Donc, supposons un avion en vol circulaire, ou un hélico en vol stationnaire, enfermé dans une boîte "étanche" pleine d'air, aussi grande que vous voulez.

A ce machin volant vous attachez un câble relié au plancher de la boîte. Si aucun gradient de pression n'apparaît avec une boîte "assez grande", alors rien n'empêchera l'hélico de soulever la boîte dans laquelle il se trouve. Ce qui est rigoureusement impossible. DONC il y a bien un gradient de pression dans la boîte, quelle que soit sa taille, et ce gradient est tel que :
(pression au voisinage du plafond multipliée par la surface du plafond )- (pression au voisinage du plancher multiplié par la surface du plancher) = portance = poids de l'hélico (puisque vol stationnaire).

Imaginer cette expérience avec un hélico (en vol stationnaire tout le temps) et une grande cage en grillage :
1. La cage est suspendue par son plafond sous l'hélico : aucun problème.
2. La cage est suspendue par son plancher et l'hélico dedans : périlleux, mais réalisable.
3. On met des panneaux sur les côtés (seulement sur les côtés) : ça marche toujours. La quantité d'air qui rentre (par le haut) et sort (par le bas) a une masse et une vitesse telles que "par réaction", l'hélico se maintient en vol.
4. Vous fermez aussi le plafond et le plancher : quelle que soit la taille de la cage : tout tombe !

Entièrement d'accord.

De plus le

...Ce qui est rigoureusement impossible...

découle de la troisième loi de Newton.

[invite7ce6aa19]

Je n'en suis pas sûr :
Donc, supposons un avion en vol circulaire, ou un hélico en vol stationnaire, enfermé dans une boîte "étanche" pleine d'air, aussi grande que vous voulez.

A ce machin volant vous attachez un câble relié au plancher de la boîte. Si aucun gradient de pression n'apparaît avec une boîte "assez grande", alors rien n'empêchera l'hélico de soulever la boîte dans laquelle il se trouve. Ce qui est rigoureusement impossible. DONC il y a bien un gradient de pression dans la boîte, quelle que soit sa taille, et ce gradient est tel que :
(pression au voisinage du plafond multipliée par la surface du plafond )- (pression au voisinage du plancher multiplié par la surface du plancher) = portance = poids de l'hélico (puisque vol stationnaire).

Oui il y a bien un gradient de pression entre le bord supérieur de la boite et le bord inférieur de la boite, mais les forces sont a l'exterieur de la boite du au fait que le poids de l'air de la boite est compensé par ce gradient de pression (equilibre hydrostatique). Bien entendu ce gradient existe également à l'intérieur.

bien entendu ce gradient existe même quand il n'y a pas d'avion!!!

Maintenant si la boite est totalement fermée tu empeches la détente adiabatique qui se produirait en montant. c'est l'origine de ton paradoxe.

[pmdec]

bien entendu ce gradient existe même quand il n'y a pas d'avion!!!Maintenant si la boite est totalement fermée tu empeches la détente adiabatique qui se produirait en montant. c'est l'origine de ton paradoxe.

??? effectivement, nous ne parlons pas de la même chose !!!
Je pensais qu'il "allait de soi" dans un espace de discussion comme celui-ci qu'on ne pouvait pas citer toutes les conditions non péremptoires en préambule ... et que les forumeurs étaient censés faire des hypothèses a minima de ce qui était "sous entendu" : il ne s'agit pas d'un "travail universitaire" !
Faut-il être plus clair ? Faut-il donc préciser que les différences de pressions "naturelles" ne sont évidemment pas prises en compte puis que non générées par l"avion ? Faut-il aussi envisager le problème des nuages et de l'éventuelle pluie qui pourrait déséquilibrer "ma" boîte ?
Quant à la détente adiabatique ... je meurs !
Restons honnêtes, merci.
L'avion génère, par (pour ?) son vol un gradient de pression dans tout l'espace qui l'entoure. L'expérience décrite le démontre "par l'absurde", sauf à me prouver que le raisonnement est faux ou biaisé. Mais laissons les nuages tranquilles ...

[invite7ce6aa19]

??? effectivement, nous ne parlons pas de la même chose !!!
Je pensais qu'il "allait de soi" dans un espace de discussion comme celui-ci qu'on ne pouvait pas citer toutes les conditions non péremptoires en préambule ... et que les forumeurs étaient censés faire des hypothèses a minima de ce qui était "sous entendu" : il ne s'agit pas d'un "travail universitaire" !
Faut-il être plus clair ? Faut-il donc préciser que les différences de pressions "naturelles" ne sont évidemment pas prises en compte puis que non générées par l"avion ? Faut-il aussi envisager le problème des nuages et de l'éventuelle pluie qui pourrait déséquilibrer "ma" boîte ?
Quant à la détente adiabatique ... je meurs !
Restons honnêtes, merci.
L'avion génère, par (pour ?) son vol un gradient de pression dans tout l'espace qui l'entoure. L'expérience décrite le démontre "par l'absurde", sauf à me prouver que le raisonnement est faux ou biaisé. Mais laissons les nuages tranquilles ...

les insultes ne servent a rien!!!

En effet il y a une différence fondamentale entre 2 cas:

1- La boite est fermée: pas d'échange d'air avec l'extérieur. dans ce cas l'avion doit fournir un travail pour lever en plus la boite parceque le poids de l'air contenu dans la boite n'est plus compensé par le gradient de pression atmosphérique EXTERIEURE qui diminue avec l'altitude.

2- La boite est "percée": échange d'air avec l'extérieur. Dans ce cas l'avion n'a pas a fournir de travail pour entrainer la boite car lorsque la boite monte l'air de la boite se détend ADIABATIQUEMENT pour adapter sa pression avec l'altitude.

3- remarque: Si le gaz n'était pas compressible le problème ne se poserait pas.

Argument d'autorité: En encadrant un nombre important dans ma vie de thésards j'ai toujours insisté sur la difficulté de bien formuler les problèmes, ainsi que de se méfier des évidences. en physique rien n'est évident, sinon ça ce serait.

Non l'avion ne gére pas un gradient de pression dans son alentour.

Si tu n'es pas encore convaincu la seule chose qui'l te reste a faire et de d'effectuer les calculs. je l'ai fait et c'est facile (physique niveau 1ier ou terminale)

[pmdec]

les insultes ne servent a rien!!!

Si vous avez reçu mon dernier message comme une insulte, je présente ici mes excuses publiques. Je me suis peut-être un peu énervé ... Mais revenons à "notre" problème :

1- La boite est fermée: pas d'échange d'air avec l'extérieur. dans ce cas l'avion doit fournir un travail pour lever en plus la boite .../...

Donc vous pensez qu'il est possible que l'engin volant soulève une boîte fermée (d'une taille de votre choix (sans en considérer le poids)) qui le contient ?
Et donc que l'affirmation 4 de mon post d'hier 23H41 (désolé, les numéros disparaissent en mode écriture de réponse) est fausse ? (C'est-à-dire que, contrairement à ce que je pense (je ne suis pas le seul), l'ensemble cage+atmosphère_contenue_dans_ la_cage+hélico continue à se maintenir à altitude constante quand on ferme le-dessus et le dessous ?
Car c'est l'un OU l'autre : ou 4 est vrai ou 4 est faux, pas besoin d'argument d'autorité !

[invite7ce6aa19]

Donc vous pensez qu'il est possible que l'engin volant soulève une boîte fermée (d'une taille de votre choix (sans en considérer le poids)) qui le contient ?

Non j'ai excatement dit le contraire! Je le redis autrement.

1- Si la boite est fermée, l'hélicoptère devrait fournir pour monter un travail pour lutter contre son propre poids augmenté du travail pour lutter contre le gradient de pression que subie la boite (consequence du caractére compréssible de l'atmosphère).

2- Si la boite est ouverte (percée de trous pour faire un échange de matière a l'extérieure), l'hélicoptère devrait fournir pour monter un travail pour lutter contre son propre poids. Et c'est tout. en effet l'air de la boite en montant se met en permanence a l'equilibre hydrostatique .

Conseil pratique:

1- Il est fortement déconseillé de vouloir de mettre un hélicoptère dans une boite fermée initialement a l'equilibre atmosphérique auquel il est solidaire: cela coutera beaucoup d'energie.

2- Par contre il est fortement conseillé de se mettre dans une boite où la pression intérieure est inférieure a l'extérieur.

dans le cas où Poids (hélico+air) = delta(pression extérieure) alors l(hélicoptère décollera sans dépenser le mondre Joule.

Dans ce cas on dit que la poussée d'archimède sur la boite équilibre le poids avion + air confiné.

[invite7ce6aa19]

En complément de mon intervention #116

Il existe un troisième cas amusant: la boite est fermée mais élastique.

dans ce cas lorsque l'hélicoptère monte, l'air dans la boite se détend pour se mettre a l'equilibre hydrostatique et l'hélicoptère n'a pas de travail a faire contre le gradient de pression. Autrement dit du point de vue du problème posé une boite ouverte est équivalent a une boite fermée élastique.

Finalement ton problème est vraiment amusant et je te remercie de l'avoir posé.

[pmdec]

Je commence à douter ...
Pour lever ce doute, pourriez vous répondre par oui ou par non à cette question (question n°1): les deux citations ci-dessous signifient-elles que l'hélico (ou l'avion) peut s'élever avec la boîte à laquelle il est attaché et dans laquelle il se trouve (donc faire en sorte que l'ensemble hélico+boîte s'élève dans l'atmosphère extérieure à la boîte) :

1- Si la boite est fermée, l'hélicoptère devrait fournir pour monter un travail pour lutter contre son propre poids augmenté du travail pour lutter contre le gradient de pression que subie la boite (consequence du caractére compréssible de l'atmosphère).

1- La boite est fermée: pas d'échange d'air avec l'extérieur. dans ce cas l'avion doit fournir un travail pour lever en plus la boite parceque le poids de l'air contenu dans la boite n'est plus compensé par le gradient de pression atmosphérique EXTERIEURE qui diminue avec l'altitude..

Question subsidiaire : en supposant que la boîte est percée d'un trou sur chacune des quatre faces latérales, mais que le plancher et le plafond sont étanches, maintenez-vous que la citation ci-dessous signifie que l'ensemble hélico+atmosphère (en équilibre avec l'extérieur grâce aux trous) + boîte s'élève grâce au travail fourni par l'hélico ?:

2- Si la boite est ouverte (percée de trous pour faire un échange de matière a l'extérieure), l'hélicoptère devrait fournir pour monter un travail pour lutter contre son propre poids. Et c'est tout. en effet l'air de la boite en montant se met en permanence a l'equilibre hydrostatique .

[invite7ce6aa19]

Je commence à douter ...
Pour lever ce doute, pourriez vous répondre par oui ou par non à cette question (question n°1): les deux citations ci-dessous signifient-elles que l'hélico (ou l'avion) peut s'élever avec la boîte à laquelle il est attaché et dans laquelle il se trouve (donc faire en sorte que l'ensemble hélico+boîte s'élève dans l'atmosphère extérieure à la boîte) :

Oui

Remarque:dans ce cas:

1- Le poids de l'hélicoptère est constant (comme usuel)
2- Le poids effectif de l'air de la boite (ressenti par l-hélicoptère) augmente avec l'altitude).Ca c'est pas commun!

Question subsidiaire : en supposant que la boîte est percée d'un trou sur chacune des quatre faces latérales, mais que le plancher et le plafond sont étanches, maintenez-vous que la citation ci-dessous signifie que l'ensemble hélico+atmosphère (en équilibre avec l'extérieur grâce aux trous) + boîte s'élève grâce au travail fourni par l'hélico ?:

Oui, peu importe l'endroit où sont les trous, l'essentiel étant que l'air soit a l'equilibre mécanique partout.

[monnoliv]

M'enfin, comment peut-on affirmer ce genre de chose.

Si j'ai bien compris, mariposa tu soutiens qu'une boîte fermée sans trous à l'intérieur de laquelle se trouve un objet (peu importe lequel) fournissant un travail (bien sûr) arrive à soulever la boîte.
A moins que tu ne parles que des fluctuations hors équilibre (genre au départ, dans la boîte l'objet est en A et au moment considéré, il est en B)?