Dynamique d'un demi pneu immergé latéralement dans l'eau

[Xserenz]

Bonjour !

J'ai un petit problème de physique à vous soumettre : imaginons que l'on parvienne à immerger à moitié et "latéralement" (comprendre : de droite à gauche, pas de haut en bas comme on immerge habituellement) un pneu rempli d'air, de telle sorte que la moitié droite du pneu soit dans l'eau et la gauche dans l'air...

Normalement cela doit se réduire à ce schéma : http://i.imgur.com/jU3Wa.png

Le pneu contient de l'air mais sa paroi est de masse nulle. Son seul mouvement autorisé est la rotation autour d'un axe fixe perpendiculaire à l'écran de votre ordinateur, et passant par le point rouge (le pneu ne peut donc pas tomber/monter, son centre reste à altitude constante).

Le montage (eau + pneu) est soumis à la gravité terrestre. On ignore les éventuels frottements/fuites là où le pneu rentre/sort de l'eau (imaginons des joints parfaitement étanches et sans frottements)


-> Ce qui m'intéresse principalement est l'action du fluide sur la portion immergée, et son effet sur le pneu (résultante nulle? force appliquée sur l'axe de rotation vers le haut ? rotation du pneu ?). Est-on dans une condition de statique des fluides ou non ? Peut-on appliquer le principe (de la poussée) d'Archimède ?

Merci d'avance d'éclairer ma lanterne
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[phuphus]

Bonjour Xserenz,

si tu veux recréer un mouvement perpétuel par la poussée d'Archimède, malheureusement ton schéma ne fonctionne pas. Ton idée est historique, et il y a déjà eu une discussion complète là-dessus déterrée il y a quelques temps :

http://forums.futura-sciences.com/ph...rpetueloe.html

L'énoncé de la poussée d'Archimède est la version "sur étagère" de l'intégrale des forces de pression sur le solide immergé. Ici, les forces de pression s'appliquent bien, mais sont dirigées vers l'axe : elles n'occasionnent aucun mouvement. De plus, tu ne peux pas utiliser l'énoncé global de la poussée d'Archimède puisque ton solide n'est pas entièrement mouillé par l'eau. Il y a bien sûr aussi la difficulté à réaliser pratiquement ce qui est représenté sur ton schéma sans inclure des éléments d'étanchéité qui vont contraindre le pneu, mais vu ton post tu en as conscience.

Éventuellement, en fonction de ce que tu fais de ton pneu, ton dispositif pourra lui apporter de la masse et de l'amortissement.

[Xserenz]

Merci !

Je retiens ce commentaire sur la première page : "Bonsoir
En tous points la pression s'exerce normalement à la surface immergée donc chaque force élémentaire passe par l'axe: moment de rotation nul. " de odysseus06

Vu comme ça, tout semble plus simple.

Si je représente les forces de pression comme cela : http://i.imgur.com/ds2u7.png est-ce juste ? (je n'ai tracé que quelques forces, les courbes vertes représentent les pointes des flèches manquantes).

Et donc la résultante serait une force appliquée sur l'axe de rotation, vers le haut sur mon schéma ? (ce qui n'engendrerait donc aucun mouvement, l'axe étant fixe).

PS : j'ai bien conscience qu'aucun mouvement perpétuel n'est possible avec ce montage (avec aucun autre d'ailleurs, en tout cas en se basant sur la physique décrivant apparemment notre univers), ce qui m’intéressait était d'avoir la justification.

[Xserenz]

Ajout :

En réalité le montage précédent se voulait une simplification de ce schéma : http://i.imgur.com/UtMrw.png

L'idée est la même, mais à la place d'un tuyau continu qui tourne (pneu) c'est une succession de sphères remplies d'air.

Je ne pense pas que la justification (de l'invalidité du "mouvement perpétuel") soit la même que pour le schéma avec le pneu, car ici les forces de pression s'appliquent sur chaque sphère du bas vers le haut (ce qui ne marcherait pas avec un tube orienté vers le haut), et on obtient une résultante appliquée sur la portion immergée de la chaine de sphère, et non sur l'axe de rotation (ou du moins, je suppose).

Est-il possible d'appliquer le même raisonnement pour ce nouveau montage ? (évidemment, dans celui-ci encore plus que dans le montage avec le pneu, on se doit d'ignorer les frottements/fuites au niveau du passage des sphères entre l'air et l'eau, le "joint" requis étant encore plus utopique).

Merci d'avance pour vos idées !

[A voir en vidéo sur Futura]

[Jeanpaul]

C'est un peu plus subtil que si la chaîne était cylindrique mais ça ne marche pas mieux !
Oublions les problèmes d'étanchéité et regardons ce qui se passe quand la sphère rentre dans l'eau par le bas : elle subit une force vers le bas du fait de la pression de l'eau (oublions totalement Archimède) tandis que quand elle est rentrée de plus que la moitié, la résultante est vers le haut. Mais en moyenne, la force sera nulle, juste un peu pour atteindre un équilibre et pas assez pour faire tourner.

[Sexygillou]

Évidemment.
Un cylindre plongé tout entier jusqu'au fond de la baignoire (avec une étanchéité parfaite au fond ne remontera pas). Bah c'est pareil.

Plus facile : un cube rempli d'eau avec un cylindre creux le traversant verticalement est à l'équilibre. Aucune force sur le cylindre le projetant vers le haut.

Un raisonnement énergétique marche tout aussi bien, voire mieux.