Coriolis, entrainement et phénomènes

[Oceandencens]

Bonjour,

Deux choses me font écrire ce message.
La premiere est que dans un référentiel en rotation quelconque, je ne vois pas bien la différence intuitive et au niveau des phénomènes entre l'acceleration de Coriolis et celle d'entrainement.
La seconde serait de lister ces phénomènes (force centrifuge, tornades, "sens" d'écoulement de l'eau dans un lavabo, etc) avec une petite justification (soit intuitive soit mathématiques) qui expliquerait pourquoi ce phénomène est due soit a l'entrainement soit la l'accélération de Coriolis.
Ainsi je comprendrais certainement mieux le premier point et il me semble assez intéressant de lister plusieurs phénomènes naturels avec leurs justifications physique (non exhaustives évidemment, le but n'est pas de faire un cours): c'est selon moi le but de la physique.

Voilà un exemple avec ma faible compréhension actuelle :
C'est le terme w^(w^O1M) de l'accélération d'entrainement qui explique la force centrifuge qui est le phénomène que l'on ressent en voiture lors d'un virage et qui nous "propulse" vers l'extérieur du virage. Malheureusement je n'en comprends pas la raison intuitive ni la différence au niveau du phénomène, avec les effets de l'accélération de Coriolis (et non au niveau de l'écriture mathématiques ou la différence est flagrante mais non intuitive)

A vous de jouez pour l'explication et les autres phénomènes,
Merci!
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[calculair]

Bonjour

La force de Coriolis sur terre est relativement faible. La legende des lavabos n'est pas une realité physique. Les forces sont trop faibles, c'est le mouvement initial de l'eau qui est en fait amplifié.

La force centrifuge s'exerce même si tu ne te deplaces pas sur terre.

La force de Coriolis apparait en plus de la force centrifuge, quand tu te déplaces et augmente avec ta vitesse.

[Oceandencens]

Bonjour,

"La force de Coriolis sur terre est relativement faible. La legende des lavabos n'est pas une realité physique. Les forces sont trop faibles, c'est le mouvement initial de l'eau qui est en fait amplifié.
La force centrifuge s'exerce même si tu ne te deplaces pas sur terre."

Deja merci pour l'eau du lavabo!
Par contre je n'est pas précisé que je parlais seulement des phénomènes terrestres, au contraire, plus les exemples de phénomènes dans lesquels la force de Coriolis ou la force d'entrainement agissent sont nombreux et différents, et plus il sera intuitif de bien comprendre ce qui différencie les deux forces. C'est a dire d'avoir assez bien compris pour que si quelqu'un parle d'un phénomène qui fasse intervenir l'une de ces forces, on puisse intuitivement répondre l'une ou l'autre (sans calcul). Comme si par exemple on cherchait la difference intuitive entre la gravitation et les forces de frottements, ce qui serait beaucoup plus simple évidemment (car pour le coup c'est, en tout cas pour moi, plus intuitif!).

Par contre si tu connais d'autres phénomènes que l'ont pourrait a priori penser provenir d'une de ces deux forces et que ce n'est en fait pas le cas c'est aussi bien que si tu as des exemples de phénomènes qui les font intervenir!

D'ailleurs si tu as l'explication intuitive de pourquoi on pourrait a priori penser que ce phénomène relève de la force de Coriolis puis l'explication tout aussi intuitive qu'il n'en relève en fait pas ce serait tout a fait parfait!

[Jeanpaul]

La force de Coriolis n'est pas très intuitive mais on peut la mettre en évidence dans 2 expériences communes.
1) Il existe sur certaines aires de jeu des plateaux de 4 à 5 m de diamètre qui peuvent tourner autour de leur axe vertical. On se place sur un bord et on demande à un extérieur de faire tourner le plateau ; on essaie alors d'aller vers le centre. C'est très difficile, on a tendance à partir sur le côté alors que la force d'inertie devrait simplement nous retenir vers l'arrière.

2) On se place sur un tabouret tournant avec des haltères étendus en bout de bras. Quelqu'un fait tourner le plateau. Quand on ramène les bras, le plateau tourne plus vite et c'est dû à la force de Coriolis : la force d'inertie est radiale et ne fait pas changer la vitesse de rotation.

[A voir en vidéo sur Futura]

[Oceandencens]

Quand tu parles de force d'intertie c'est la force d'entrainement que tu as derrière la tête ? (Parce que la force de Coriolis en est aussi une.)
Par exemple ici : "on a tendance à partir sur le côté alors que la force d'inertie devrait simplement nous retenir vers l'arrière."
Pourquoi devrait-elle faire cela? C'est intuitif pour toi? Si oui et que tu peux faire partager cette intuition.. Je suis preneur! (j'aurais tendance a penser que c'est un peu comme la gravitation on devrait être retenu vers l'arrière et même avoir tendance a se rapprocher du centre (sans la force de Coriolis j'entends ie seulement avec la vitesse d'entrainement).. Mais rien de bien clair)*

Je ne comprends pas : dans la première expérience la force de Coriolis rend difficile d'aller vers le centre, donc elle est radiale. Alors que dans le seconde tu dis que la force d'entraînement est radiale et donc qu'elle ne peut participer au mouvement.
De la même façon je ne vois pas en quoi l'acceleration d'entraiment (en particulier la force centrifuge) est différente de l'acceleration de Coriolis dans l'expérience 1.

Si quelqu'un a d'autres exemples, que ce soit sur la force centrifuge, sur des phénomènes de mécaniques célestes, sur les tornades ou n'importe, qu'il se manifeste et ne se taise surtout pas a jamais!

[calculair]

Bonjour,

Comme le dis Jeanpaul, la force de Coriolis n'est pas evidente.

Tu as l'exemple du pendule de Foucault

Les aviateurs longs couriers savent que le poids attarent de l'avion est modifié, selon le sens du vol Est Ouest ou Est Ouest

Les canons de marines doivent coriger le tir en fonction de Coriolis

[Maxou49bis]

2) On se place sur un tabouret tournant avec des haltères étendus en bout de bras. Quelqu'un fait tourner le plateau. Quand on ramène les bras, le plateau tourne plus vite et c'est dû à la force de Coriolis : la force d'inertie est radiale et ne fait pas changer la vitesse de rotation.

Bonjour.

Je croyais que c'était du à la conservation de la quantité de mouvement ? =I..
Le moment cinétique étant constant, si on on rapproche les haltères, on diminue le moment d'inertie I et par conséquent, la vitesse de rotation augmente.

Maintenant, une autre approche permet peut être d'expliquer le phénomène par les forces de Coriolis mais dans ce cas, je ne vois pas bien comment.

Cordialement

[Oceandencens]

Personnellement je penses que le fait qu'on arrive a expliquer des concepts très abstraits comme la relativité, la mécanique quantique, la theorie des cordes de manière imagé, intuitive et "définitionnelle" ou "en terme d'essence"(ce que SONT physiquement tel ou tel termes mathématiques) (j'entends donc par là de pouvoir donner une signification physique a un terme mathématique : les particules SONT composées de sorte de CORDES, ou encore l'espace EST composé de GRAIN DE MATIERE en relativité quantique a boucle (il me semble)) je penses que de la même manière on peut expliquer les concepts comme les forces inertielles en termes intuitifs et imagés. (Enfin bon je vais surement trop loin en comparant tout ça mais ce n'est pas le sujet ^^)

Je sais bien que vous n'avez pas dit le contraire (seulement que c'était difficile) mais ce que je viens de dire justifie que je me pose ce genre de question pour ceux (sans aucun mépris mon avis reste un simple avis) qui les trouveraient inutiles mais qui auraient des réponses!*

Toujours est il que si tu avais des justifications intuitives a ces phénomènes, par exemple pourquoi ceux ci sont due a la force de Coriolis plutôt qu'a celle d'entrainement dues a la rotation de la terre sur elle même, n'hésite surtout pas a les partager !*

En fait je n'arrive pas a "visualiser" la différence entre ces deux forces.*

[rik 2]

Comme le dis Jeanpaul, la force de Coriolis n'est pas évidente.

moi aussi, j'ai toujours eu du mal avec la force de Coriolis. Un des moyens pour la ressentir est de prendre une roue de vélo, de la faire tourner en la tenant par le moyeu et de l'incliner progressivement.

[rik 2]

2) On se place sur un tabouret tournant avec des haltères étendus en bout de bras. Quelqu'un fait tourner le plateau. Quand on ramène les bras, le plateau tourne plus vite et c'est dû à la force de Coriolis : la force d'inertie est radiale et ne fait pas changer la vitesse de rotation.

n'est-ce pas dû à la conservation du moment cinétique?

[Jeanpaul]

n'est-ce pas dû à la conservation du moment cinétique?

C'est la même chose, vu d'un autre référentiel.
Dans le repère galiléen : le personnage est isolé, alors on peut parler de conservation du moment cinétique (pas de moment externe autour de Oz).
Dans le repère mobile, si le tabouret tourne plus vite, nécessairement il y a un moment qui s'applique dessus et on voit que le mouvement du bras correspond à une certaine vitesse relative dirigée vers le centre ; comme w est vertical, cela donne une force de Coriolis horizontale qui engendre un moment autour de Oz.

[Jeanpaul]

Quand tu parles de force d'inertie c'est la force d'entrainement que tu as derrière la tête ? (Parce que la force de Coriolis en est aussi une.)
Par exemple ici : "on a tendance à partir sur le côté alors que la force d'inertie devrait simplement nous retenir vers l'arrière."
Pourquoi devrait-elle faire cela? C'est intuitif pour toi? Si oui et que tu peux faire partager cette intuition.. Je suis preneur!

Je parlais de la force centrifuge qui est radiale et me tire vers l'arrière, à partir du moment où je fais face à l'axe. Justement, l'expérience montre qu'il y a une autre force qui me pousse sur le côté et c'est ça, Coriolis.

[Oceandencens]

JeanPaul pourrais tu jeter un oeil au message 5 si ce n'est pas déjà fait stp? Il y a certains points de tes exemples que je n'ai pas compris ! Merci !

[Oceandencens]

Oups désole tu as été plus rapide!

Par contre pourquoi la difficulté a tirer sur ses bras est due du a la force de Coriolis et pas a la force centrifuge si celle ci est radiale et l'autre pousse sur le coté?

[Jeanpaul]

JeanPaul pourrais tu jeter un oeil au message 5 si ce n'est pas déjà fait stp? Il y a certains points de tes exemples que je n'ai pas compris ! Merci !

Je reprends. Une force radiale est dirigée selon le rayon, d'où son nom ; c'est le cas de la force centrifuge quand la rotation est sensiblement uniforme.
Dans le référentiel tournant, quand je vais vers le centre, je ressens donc la force centrifuge (radiale) qui s'exerce en face de moi, comme s'il y avait du vent de face.
C'est ce que je ressens quand je suis immobile. Mais quand je marche, j'ai une vitesse Vr vers le centre et le produit - 2 m w^Vr est tangentiel (vers ma gauche par exemple) et me fait partir de travers. Une partie s'explique par le fait que le sol se dérobe sous mes pieds quand j'avance mais ça n'explique pas tout (à cause du facteur 2, mais là c'est franchement subtil, on peut laisser tomber).
Tu piges mieux ?

[Jeanpaul]

Oups désole tu as été plus rapide!

Par contre pourquoi la difficulté a tirer sur ses bras est due du a la force de Coriolis et pas a la force centrifuge si celle ci est radiale et l'autre pousse sur le coté?

La difficulté à tirer sur les bras est due à la force centrifuge qui est radiale. Mais le mouvement relatif engendre une force de Coriolis qui accélère la rotation (facile à voir sur un dessin).

[Oceandencens]

"tu piges mieux?"
Dsl d'être dur d'esprit mais je n'ai pas bien compris les pieds qui se dérobent. Et dans ton exemple de vent si j'ai bien compris c'est que quand on avance le vent vient pas le coté aussi (donc des 2 cotés, ça se compense et tu as dit a gauche pour que je comprennes mieux? Ou alors ce n'est pas ça du tout ? )

"Mais quand je marche, j'ai une vitesse Vr vers le centre et le produit - 2 m w^Vr est tangentiel (vers ma gauche par exemple) et me fait partir de travers."*
pourtant quand on est sur le tourniquet on ressent tout le temps une force qui nous amène sur le coté, non? Pas seulement quand on tire sur les bras?*

Et de même je ne comprends pas bien pourquoi en ramenant les bras on tourne plus vite . Enfin plus precisemment " le mouvement du bras correspond à une certaine vitesse relative dirigée vers le centre ; comme w est vertical, cela donne une force de Coriolis horizontale qui engendre un moment autour de Oz."*
En lisant ça je comprends que c'est le mouvement des bras qui accélère la rotation et pas la distance des bras au corp. Donc qu'une fois que les bras sont ramenés et que leurs mouvements a cessé, la vitesse redevient identique.*

(edit: ah le dernier point c'est tout bêtement que la variation de la distance bras / corps est justement la vitesse a laquelle on damne les bras!)
Par contre le premier point je ne comprends toujours pas !

[Oceandencens]

Oups je viens de supprimer mon "abonnement a la discussion" sur mon adresse mail, quelqu'un sait comment faire pour revenir en arrière svp?

[Jeanpaul]

Faut pas mélanger les 2 manips (j'aurais jamais dû évoquer 2 manips dans le même fil !).
Il ne faut pas non plus confondre force d'entraînement et force d'inertie.
L'accélération d'entraînement, c'est celle du point où on se trouve immobile, l'endroit du manège et ça, c'est la force centrifuge. Point barre.
Ensuite, il existe une accélération complémentaire, dite accélération d'inertie de Coriolis qui ne se manifeste que quand on se déplace.
L'accélération d'inertie, donc la force d'inertie, c'est la somme des deux.

On parle du manège où on monte dessus. Tant qu'on ne bouge pas sur le plateau, on ne ressent que la force centrifuge qui est radiale (=le long d'un rayon) donc elle a le même effet qu'un vent qui viendrait du centre, ça ne gênerait pas pour marcher droit. Fais un dessin.
Mais dès qu'on bouge, on a une vitesse relative Vr et donc une force de Coriolis apparaît et elle va sur le côté car elle est toujours perpendiculaire à Vr et c'est ce qu'on observe : sauf entraînement bien spécial, on ne peut marcher vers le centre. Il n'y a pas de vent de côté.

[Oceandencens]

Ah non j'avais compris une autre manip dans ton exemple de la personne qui marche.. ^^.

En fait je commence a croire que j'aurais du faire le contraire : au lieu de demander des expériences pour comprendre les termes de la formules j'aurais plutôt du essayé de concevoir des expériences en faisant varier les différents termes pour illustrer les différences entre les deux forces... Mais le soucis avec cette méthode c'est que l'on ne part pas de l'intuition mais des maths. Et pour moi la physique c'est le contraire: comprendre mathématiquement un phénomène que l'on a DEJA étudié !
Enfin bon merci bien pour tes explications (maintenant j'ai compris! ^^).

Par contre si tu as d'autres expériences ou phénomènes naturels qui s'expliquent comme ça, ça m'intéresse quand même! Par exemple (maintenant que j'ai compris) en expliquant qu'une phénomène s'explique par la force de Coriolis parce qu'il intervient seulement lors d'un déplacement et orthogonalement a celui ci!

Et sinon je n'est pas pu m'empêcher de voir que tu étais a normal sup. Je pourrais te poser qlq questions la dessus? (en rapport avec la manière de travailler en prepa en physique pour être admis)

[Oceandencens]

Ah non j'avais compris une autre manip dans ton exemple de la personne qui marche.. ^^.

En fait je commence a croire que j'aurais du faire le contraire : au lieu de demander des expériences pour comprendre les termes de la formules j'aurais plutôt du essayé de concevoir des expériences en faisant varier les différents termes pour illustrer les différences entre les deux forces... Mais le soucis avec cette méthode c'est que l'on ne part pas de l'intuition mais des maths. Et pour moi la physique c'est le contraire: comprendre mathématiquement un phénomène que l'on a DEJA étudié !
Enfin bon merci bien pour tes explications (maintenant j'ai compris! ^^).

Par contre si tu as d'autres expériences ou phénomènes naturels qui s'expliquent comme ça, ça m'intéresse quand même! Par exemple (maintenant que j'ai compris) en expliquant qu'une phénomène s'explique par la force de Coriolis parce qu'il intervient seulement lors d'un déplacement et orthogonalement a celui ci!

Et sinon je n'est pas pu m'empêcher de voir que tu étais a normal sup. Je pourrais te poser qlq questions la dessus? (en rapport avec la manière de travailler en prepa en physique pour être admis)

[Jeanpaul]

La force de Coriolis est l'archétype du truc pas intuitif. Même Richard Feynman n'a pas su sortir un de ses fulgurants dessins pour l'expliquer !
Ceci dit, Feynman dit quand même un mot sur la force de Coriolis et il se pose la question du gars sur le tabouret tournant et qui ramène les bras. Il parle de conservation du moment cinétique, OK, mais il se pose aussi la question de la conservation de l'énergie : où est passée l'énergie de lutte contre la force centrifuge ? Et il montre qu'elle passe en énergie cinétique de rotation. Je ne donne pas la référence car je ne possède qu'une édition originale anglaise des années 1960 et ça a dû être réédité N fois depuis.
Pour Normale Sup, j'y suis passé il y a près de 50 ans mais j'ai gardé des liens, notamment pour aider les élèves à trouver du travail, mais tout ça a tellement changé (heureusement !).

[calculair]

Bonjour

Voila un extrait d'un document que j'ai fait sur le sujet car Coriolis n'est pas evident.

J'espère que cela repond en parti à ta question

[Oceandencens]

Merci beaucoup pour l'extrait du document! Et si tu as d'autres documents comme celui la sur des notions physique (plus évidentes ou pas) je suis preneur! Ça explique très bien!*

Pour ce qui est de Feynman ça me donne bien envi de l'acheter (euphémisme) mais je ne crois pas que ça convienne bien a la prepa... Quoi que j'y sois plus pour apprendre et comprendre que pour avoir une école particulière ^^.*
Mais en tout cas s'il y a d'autres exemples dedans n'hésites pas ! **

[Damien49]

Pour te représenter Coriolis simplement, essaye par exemple de marcher droit au-dessus d'un long cylindre qui tourne sur lui-même, tu seras obligé de marcher en biais sur le cylindre pour continuer d'avancer tout droit. Remplace le cylindre par une sphère, la déviation n'est plus une diagonale en biais mais une courbe, c'est l'Effet Coriolis.

Tu peux aussi prendre l'exemple de l'obus :
Imagine que tu disposes d'un grand canon sur le Pôle Nord et que tu y lances un obus en direction de l'Equateur. Tu suis avec une caméra situé sur l'obus son parcours à travers les airs. Du point de vue de l'obus, tu auras toujours l'impression d'aller tout droit et effectivement l'obus ne change pas de direction, il va toujours tout droit pour lui. De même un observateur par exemple situé dans l'Espace et qui reste statique par rapport à la rotation de la Terre, verra également un obus qui va tout droit de façon totalement indépendante de la rotation de la Terre, comme décrit dans le principe d'inertie d'un repère Galiléen. Mais pour toi situé sur le Pôle, ainsi que pour tout autre observateur situé sur la surface de la Terre, tu verras une déviation de l'obus en direction de la droite, car la Terre tourne pendant que l'obus va tout droit, de ton point de vue en rotation, tu seras donc éloigné de façon fictive de l'endroit où tu as lancé ton obus. Il y a donc bien une déviation vers la droite de l'obus par rapport à la surface de la Terre et il n'atteindra certainement pas sa cible si tu n'as pas pris en compte la force de Coriolis lorsque tu l'as lancé. Effectivement dans un repère en rotation, alors qu'il a une direction uniforme et rectiligne, l'obus se dévie constamment dans le sens opposé de rotation de la Terre. Du point de vue de l'obus ou de l'espace, c'est la Terre qui a tourné sous l'obus.

J'ai ecrit il y a pas très longtemps un dossier sur la force Coriolis sur mon site, si ça peut t'aider : http://www.meteobell.com/__glossaire_c.php#coriolis

[Oceandencens]

Salut Damien49 et merci pour ton explication et ton site qui est très clair et intuitif! Avec en plus la comparaison avec la force centrifuge, les exemples (faux) des tornades et de l'eau du lavabo en détails! Super merci!

Et une petite question tout de même, c'est toi qui a pensé a la différence de "dimension" entre les deux forces? Si oui j'aimerais bien savoir le cheminement de pensé que tu as eu pour arriver la. En gros quelles bonnes questions tu t'es posé pour arriver a cette bonne image? Ou alors c'etait juste une bonne intuition?

[Damien49]

Euuuh, étant peu féru d'équations et de mathématique, je fonctionne beaucoup par schémas et images mentales, sans doute par habitude étant donné que je suis (très) souvent amené à faire de la pédagogie empirique en météo pour un public amateur.

[calculair]

Bonjour,

Je peux te mettre le document complet en ligne, si il n'est pas trop gros.

Il y a un developpement theorique, le calcul du pendule de Foucault.

Ce document je l'ai fait suite à de longues discussions sur l'effet de Coriolis, sur la chute d'un corps de la Tour Eiffel.

Si cela te dit, .....

[Oceandencens]

calculair : ça me dit très bien même! Et si d'autres longues discussions t'ont amèner a d'autres documents du même type ... =). Au pire je te passes l'adresse mail de mon compte futura si c'est trop gros, mais c'est quand même mieux que ce soit a la portée de tout le monde comme la partie que tu as déjà envoyée!*

Damien49 : a mon avis ton approche est justement ce qu'il manque dans l'enseignement de la physique ! La différence de dimension entre les deux forces notamment c'est le genre de truc qu'il devrait y avoir en note dans les livres ^^. Sinon je vais regarder ton site plus en détail pour voir si d'autres phénomènes qui m'intéressent sont expliqués mais si certains qui ne sont pas dessus et que tu comprends intuitivement (de manière imagé etc) te viennent a l'esprit n'hésite pas non plus!*

[calculair]

Bonjour,

Enseignes tu la physique ?

Dans mon document, tu verras comment on peut se tromper si on utilise pas les accelerations Coriolis.

Une des discussions est la chute d'un corps du haut le la tour Eiffel
On calcule l'ecart par rapport à la verticale en considerant les vitesses tangeantielles du sommet de la tour par rapport au pied. A cause de cet ecart de vitesse le corps tombe à cote de la verticale de quelques centimètreq

Si tu faits le calcul avec Coriolis, le decalage est bien differents....