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Frottements papier/air chute libre



  1. #1
    CtoC

    Frottements papier/air chute libre


    ------

    Bonjour à tous !

    Je suis en train d'écrire un programme permettant (grâce à la méthode d'Euler) de mettre en place les courbes d'accélération de vitesse et de position d'une feuille de papier (format A4, 5g) lors d'une chute à 1000m d'altitude.
    J'ai donc utilisé la deuxième loi de Newton ; pour le poids et la poussée d'Archimède, pas de problèmes. Cependant, pour les frottements, j'ai beau écumer le net, toujours pas de solution. J'en appelle donc à votre aide !

    Merc d'avance,
    CtoC.

    -----

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  3. #2
    invite07941352

    Re : Frottements papier/air chute libre

    Bonjour,
    Et vous pensez que durant une chute de 1000m (!), la feuille de papier va garder la même position ?????
    "Un état bien dangereux : croire comprendre "

  4. #3
    CtoC

    Re : Frottements papier/air chute libre

    Il faudrait n'avoir jamais touché de papier pour le croire !
    Non bien entendu, ce modèle n'est qu'une étape de ma démarche, simplement ce problème est de taille et je dois m'y attaquer avec les (maigres) connaissances que j'ai ! C'est donc une très grossière simplification, j'élimine ici la plupart des paramètres pour me restreindre aux trois forces appliquées sur l'objet horizontal. Je compte bien sûr, en ayant obtenu les résultats qui seront sûrement bien loins de la réalité, souligner la faiblesse du modèle.

  5. #4
    CtoC

    Re : Frottements papier/air chute libre

    Puisque le sujet n'a pas l'air de susciter beaucoup d'attention, voici les résultats de mes recherches :

    La résistance de l'aire a l'air de s'écrire R=Cx.ρ.S.v2 / 2
    Ici g, v et ρ sont recalculées tout au long de mon programme, seulement Cx, le coefficient de résistance aérodynamique me pose problème.
    Comment le connaitre pour ma feuille dans l'air ?

    Comme vous le voyez je suis plutôt perdu et commence sûrement à m'embrouiller dans mes recherches !
    Je vous serais très reconnaissant de bien vouloir m'aider !

  6. A voir en vidéo sur Futura
  7. #5
    Michel S.

    Re : Frottements papier/air chute libre

    Bonjour CtoC, j'espère que ton "problème" est une idée personnelle ( pas un devoir) car la position de la feuille étant "instable", tu ne peux pas avoir de Cx ni de Cz stablest, tout va dépendre du moindre détail de forme de la feuille (juste un peu cintrée ...) il suffit de regarder les feuilles d'arbre qui tombes; il ne s'agit pas de simples frottements mais de "mécanique des fluides"....
    Si tu me permet un conseil "personnel" : OUBLIE ce projet !!!

  8. #6
    CtoC

    Re : Frottements papier/air chute libre

    Les deux à la fois..

    C'est une question ouverte qui m'est posée (le but étant d'évaluer ma démarche scientifique et mes connaissances), par des universités, qui à l'issue de cet essai me feront une offre ou non. C'est donc bien sur une question relativement difficile et à laquelle il est impossible de répondre correctement !

    C'est donc moi qui ait décidé de mettre en place ce programme. Je comptais grâce à lui obtenir des données pour le "cas parfait" de la chute de la feuill : c'est à dire très simplifié, la feuille est parfaite, le millieu stable, elle reste donc toujours dans la même position et chute seulement sur l'axe Y. N'est-il pas possible alors d'obtenir un Cx ?

    Pour ce qui est de la réalité, je ne ferai que la décrire, puisque mon niveau ne me permet pas d'en faire un modèle mathématique complet (d'ailleurs, je ne sais pas si quelqu'un en est capable ! )

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  10. #7
    Michel S.

    Re : Frottements papier/air chute libre

    Citation Envoyé par CtoC Voir le message
    Les deux à la fois..

    C'est une question ouverte qui m'est posée (le but étant d'évaluer ma démarche scientifique et mes connaissances), par des universités, qui à l'issue de cet essai me feront une offre ou non. C'est donc bien sur une question relativement difficile et à laquelle il est impossible de répondre correctement !

    Pour ce qui est de la réalité, je ne ferai que la décrire, puisque mon niveau ne me permet pas d'en faire un modèle mathématique complet (d'ailleurs, je ne sais pas si quelqu'un en est capable ! )
    Pour ma part j'ai toujours refusé de répondre à des questions aussi c... ( le record: un cabinet de recrutement m'a demandé de choisir entre mourir du cancer ou du sida !!!)
    La formation de cette université risquant fort d'être aussi débile que cette question, va voir ailleurs !!!!

  11. #8
    CtoC

    Re : Frottements papier/air chute libre

    En effet, cette question est bien étrange...

    Pour ce qui est de la mienne encore une fois, son but est d'évaluer non pas la capacité de l'élève à apporter une réponse à ce problème en particulier (des chercheurs de l'institut de physique américain s'en chargent), mais de voir sa réaction face à un problème concret, loin du semblant de réfléxion de l'enseignement secondaire français. Car si tous les candidats étaient capable d'apporter la réponse unique à la question, comment les départager ?

    Et pour ce qui est de mon orientation, je reste confiant dans mes choix ! Cette méthode d'évalutation peut sembler stupide, j'en conçois, mais l'université en question reste quatrième dans le classement international des centres d'études supérieures de mécanique du quotidien britannique The Guardian.(http://www.guardian.co.uk/education/...ng-mechanical- pour ceux que ça intéresse !)
    Je continue donc de faire confiance naïvement à leurs méthodes Du haut de mes 17 ans, c'est la seule solution.

    Mais nous nous éloignons bien de ma question initiale ! N'y a t-il personne que l'aérodynamique intéresse autant que moi qui serait heureux de se pencher sur ce problème ?

    Si Cx est introuvable dans le cas théorique, n'est-il pas possible d'en déterminer une approximation expérimentalement pour le cas réel ?

    Par exemple, les frottements (bien simplifiés) devraient pouvoir s'exprimer sous la forme R=k.v2, est il envisageable de trouver ce k à l'aide de petites expériences ?

    Merci encore à tous ceux qui se sont intéressés au problème et ceux qui voudront bien le faire !

  12. #9
    Michel S.

    Re : Frottements papier/air chute libre

    Re, si cet établissement est vraiment "coté", moi, je ferais plutôt le tour des motifs pour lesquels cette étude est une perte de temps, puisque sans issue ....
    De la part d'un "recruteur " un peu vicieux, c'est peut être la réponse qu'il cherche (mais c'est "quitte ou double")....
    Bonne chance.

  13. #10
    CtoC

    Re : Frottements papier/air chute libre

    Il est bien sûr précisé dans l'énoncé que c'est la démarche qui est attendue, et non la réponse
    Merci !

  14. #11
    CtoC

    Re : Frottements papier/air chute libre

    Il est bien sûr précisé dans l'énoncé que c'est la démarche qui est attendue, et non la réponse
    Merci !

  15. #12
    sitalgo

    Re : Frottements papier/air chute libre

    B'jour,

    Une bonne démarche consiste à faire une boule avec la feuille.
    Mais si t'as l'gosier, Qu'une armure d'acier, Matelasse. Brassens, Le bistrot.

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  17. #13
    obi76
    Modérateur*

    Re : Frottements papier/air chute libre

    Bonjour,

    pourquoi ne pas faire simple puis évoluer vers un modèle plus complexe ensuite.

    Faire comme vous avez dit, puis essayer de trouver une table qui donne le couple et le Cx en fonction de l'angle d'attaque et de la vitesse de chute (en considérant la feuille rigide au départ). On peut ainsi résoudre l'angle d'attaque en parallèle de la vitesse de chute...
    Paradoxalement, ce sont les débats stériles qui se reproduisent le plus.

  18. #14
    CtoC

    Re : Frottements papier/air chute libre

    Bonjour sitalgo ! Oui, puisque le problème ne précise pas de forme particulière à la feuille de papier (même pas son format à la base), cela fera partie de la réponse !

    Bonjour obi76 ! C'est en effet tout le fondement de ma réponse, commencer très simplement (chute libre, a=g), puis évoler petit à petit vers des modèles plus précis et plus complexes, jusqu'à atteindre mes limites. C'est une bonne idée, mais comment la mettre en oeuvre ? Expérimentalement c'est facile de lacher la feuille avec un angle d'attaque différent, mais comment mesurer le Cx ?

    Merci à vous deux !

  19. #15
    obi76
    Modérateur*

    Re : Frottements papier/air chute libre

    Vu la complexité de l'écoulement : vous faites une simulation paramétrée (j'avais fais ça pour une pale d'hélicoptère pour obtenir le Cx et la portance en fonction de la vitesse et de l'angle d'attaque) avec un code dont je n'arrive pas à me rappeler le nom...

    EDIT : retrouvé : NSC2KE
    Dernière modification par obi76 ; 19/02/2013 à 15h26.
    Paradoxalement, ce sont les débats stériles qui se reproduisent le plus.

  20. #16
    CtoC

    Re : Frottements papier/air chute libre

    Désolé d'être un petit peu à la ramasse... Une simulation paramétrée ? Je devrais essayer de faire différentes chutes semblables avec à chaque fois un angle et une vitesse différents ? Comment en tirer le Cx et la portance (les mesurer) ? Si j'ai bien compris, je devrais ensuite établir la courbe de Cx par rapport au carré de la vitesse en considérent que Cx=k.v^2

  21. #17
    obi76
    Modérateur*

    Re : Frottements papier/air chute libre

    Vous faites une simulation ou vous mettez un profil (en l'occurence un rectangle très fin admettons) et vous faites varier l'angle d'injection de l'air, ainsi que sa vitesse (par exemple 10 000 simulations sur un maillage peu raffiné, en fisant varier l'angle d'incidence entre 0 et pi/2 et la vitesse entre 0 et 5 m/s (en supposant que la feuille ne dépasse pas cette vitesse). Pour chaque couple de vitesse et d'angle, vous récupérez la pression sur le contour du profil, ce qui vous permettra de connaître la force ainsi que le couple exercé sur celle-ci. Pour obtenir un Cx et la portance comme ça par exemple :

    Portance(bar)_V(Mach)_Attaque(deg).pngTrainee(bar)_V(Mach)_Attaque(deg).png
    Dernière modification par obi76 ; 19/02/2013 à 15h50.
    Paradoxalement, ce sont les débats stériles qui se reproduisent le plus.

  22. #18
    CtoC

    Re : Frottements papier/air chute libre

    Ca me semble super, merci beaucoup !
    Seulement, j'ai peur d'avoir un peu de mal à lancer le programme.. Microsft Developer Studio est-il nécessaire ?

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  24. #19
    obi76
    Modérateur*

    Re : Frottements papier/air chute libre

    Si vous voulez faire de la CFD, je ne saurai que trop vous conseiller de tourner sous nux, ou à défaut sur mac... De toutes façons je ne connais pas les outils microsoft.
    Paradoxalement, ce sont les débats stériles qui se reproduisent le plus.

  25. #20
    CtoC

    Re : Frottements papier/air chute libre

    Les ordinateurs dont je dispose étant les outils de travail de mes parents, même Ubuntu en dual boot est interdit... Je vais tenter d'obtenir des résultats similaires sous Floworks dont j'ai la licence éducative !

  26. #21
    obi76
    Modérateur*

    Re : Frottements papier/air chute libre

    Bon courage...

    Le seul moyen que vous ayez dans ce cas est d'utiliser un logiciel en opensource, de faire un cas qui marche, et ensuite de la modifier par un script de sorte à ce que tout le panel de paramètres variable soit simulé.

    Sous windows honnêtement je ne vois pas comment faire, installer les compilos, faire tous les scripts adéquats, récupérer les résultats... Je n'ai qu'une chose à vous dire : bonne chance... A part du "clic an play" je ne vois pas trop ce que vous pouvez faire.
    Paradoxalement, ce sont les débats stériles qui se reproduisent le plus.

  27. #22
    Michel S.

    Re : Frottements papier/air chute libre

    Citation Envoyé par obi76 Voir le message
    Vu la complexité de l'écoulement : vous faites une simulation paramétrée (j'avais fais ça pour une pale d'hélicoptère pour obtenir le Cx et la portance en fonction de la vitesse et de l'angle d'attaque) avec un code dont je n'arrive pas à me rappeler le nom...
    EDIT : retrouvé : NSC2KE
    Bonjour obi76, je suis loin d'avoir votre formation, mais je suis tenté de contester:
    <<pour une pale d'hélicoptère pour obtenir le Cx et la portance >>,parlez vous de la portance, ou du Cz?
    <<en fonction de la vitesse>> de rotation du rotor, ou de l'effet global avec la vitesse de l'hélico ?
    <<et de l'angle d'attaque>>, compte tenu du "pas cyclique" (par le manche), le pas, donc l'incidence n'est pratiquement jamais constant, même si on en est proche en stationnaire.
    Donc de beaux calculs à partir de données "incomplètes"...
    J'ajouterais que, ce qui n'est pas évident, la puissance nécessaire au vol stationnaire (ou à très faible vitesse) est supérieure à celle "en vol" (donc une traînée plus importante, puisque pas d'énergie consacrée à la vitesse); c'est une chose que j'ai constaté avec de vieux Djin" qui volaient encore, mais étais obligés de progresser par bonds du parking à la "DZ".... (manque de puissance, les "tours" rotor s'écroulaient tout en étant "plein gaz")
    Des calculs "fumeux à le pratique .....

  28. #23
    obi76
    Modérateur*

    Re : Frottements papier/air chute libre

    Re,

    c'était un projet de M1 que j'avais fait, et je ne suis pas rentré dans le détail.

    En fait le but que je m'étais fixé était de déterminer l'évolution du pas des pales d'un hélico en autorotation pour pouvoir descendre le plus longtemps possible avec une vitesse de chute limite prédéfinie.

    Donc j'ai calculé l'évolution de la portance et de la trainée en fonction de la vitesse incidente (qui prend donc en compte la vitesse de rotation de la pale ainsi que de l'hélicoptère) que j'intégrais sur tout le long d'une pale (la vitesse variait donc et je considérais le pas constant) et ça me permettait de déduire le ralentissement du rotor (trainée) et de la vitesse verticale de l'hélico (portance).

    Enfin c'était un petit projet d'un mois hein, je ne suis pas rentré dans le type de détail que vous mentionnez (pas variable le long d'une pale, que l'hélico peut dépasser la vitesse limite puis rediminuer par la suite etc etc).

    Et pour finir, je ne vois pas en quoi mes "calculs" sont faux. Il s'agit de la portance et de la trainée d'un profil soumis à un écoulement d'incidence variable et de vitesse variable. Il n'y a rien de faux dans le résultat (on voit même le décrochage ). Après toutes les subtilités que vous mentionnez conditionnent la manière dont j'utilise ces données, c'est tout. Si vous voulez des hypothèses que j'avais faite et qui sont discutable, il y en a plein, et ce n'était pas le but de cette étude que de les prendre toute en compte, en 1 mois c'est clairement impossible.

    De toutes façons ce n'est pas le problème ici, c'est juste la méthode que je donne comme exemple à CtoC.
    Dernière modification par obi76 ; 20/02/2013 à 17h48.
    Paradoxalement, ce sont les débats stériles qui se reproduisent le plus.

  29. #24
    Michel S.

    Re : Frottements papier/air chute libre

    Citation Envoyé par obi76 Voir le message
    Re, .............................
    En fait le but que je m'étais fixé était de déterminer l'évolution du pas des pales d'un hélico en autorotation pour pouvoir descendre le plus longtemps possible avec une vitesse de chute limite prédéfinie.
    Donc j'ai calculé l'évolution de la portance et de la trainée en fonction de la vitesse incidente (qui prend donc en compte la vitesse de rotation de la pale ainsi que de l'hélicoptère) que j'intégrais sur tout le long d'une pale (la vitesse variait donc et je considérais le pas constant) et ça me permettait de déduire le ralentissement du rotor (trainée) et de la vitesse verticale de l'hélico (portance).
    Enfin c'était un petit projet d'un mois hein, je ne suis pas rentré dans le type de détail que vous mentionnez (pas variable le long d'une pale, que l'hélico peut dépasser la vitesse limite puis rediminuer par la suite etc etc).

    Et pour finir, je ne vois pas en quoi mes "calculs" sont faux. Il s'agit de la portance et de la trainée d'un profil soumis à un écoulement d'incidence variable et de vitesse variable. Il n'y a rien de faux dans le résultat (on voit même le décrochage ). Après toutes les subtilités que vous mentionnez conditionnent la manière dont j'utilise ces données, c'est tout. Si vous voulez des hypothèses que j'avais faite et qui sont discutable, il y en a plein, et ce n'était pas le but de cette étude que de les prendre toute en compte, en 1 mois c'est clairement impossible.
    De toutes façons ce n'est pas le problème ici, c'est juste la méthode que je donne comme exemple à CtoC.
    RE; je n"ai pas dit faux mais "fumeux" compte tenu de l'imprécision des données(exposées); une connaissance rudimentaire du pilotage vous aurais permis de figer certain paramètres tels que les tours rotors (l’objectif en autorot étant le Max autorisé, pour restituer l'énergie dans la phase atterrissage); en vol stabilisé la portance est égale au poids;,quand à la chute verticale elle correspond à la puissance nécessaire au vol.
    Le plan de descente permet d'obtenir la vitesse nécessaire pour obtenir les tours rotor ...
    J'en ai vécu une en tant que passager, c'est impressionnant et instructif quand on surveille les instruments de bord.

  30. Publicité
  31. #25
    obi76
    Modérateur*

    Re : Frottements papier/air chute libre

    Citation Envoyé par Michel S. Voir le message
    RE; je n"ai pas dit faux mais "fumeux" compte tenu de l'imprécision des données(exposées); une connaissance rudimentaire du pilotage vous aurais permis de figer certain paramètres tels que les tours rotors (l’objectif en autorot étant le Max autorisé, pour restituer l'énergie dans la phase atterrissage); en vol stabilisé la portance est égale au poids;,quand à la chute verticale elle correspond à la puissance nécessaire au vol.
    Le plan de descente permet d'obtenir la vitesse nécessaire pour obtenir les tours rotor ...
    J'en ai vécu une en tant que passager, c'est impressionnant et instructif quand on surveille les instruments de bord.
    Les bases je pense les avoir.

    Le problème n'est pas là, relisez ce que j'ai dis. Les courbes que j'ai donné ne sont ni fausses, ni fumeuses : c'est ce que j'en ai fait qui peut être discutable, et encore dans le cas particulier du contexte de cette étude, ça ne l'est pas. Vous n'avez ni le contexte de l'étude, ni la méthodologie que j'ai utilisé, et en plus vous ne connaissiez pas la problématique que j'avais posé, alors ne venez pas critiquer. Vous posez une hypothèse fausse (vitesse de rotation constant), car c'était justement l'évolution de la vitesse de rotation ET du pas que je voulais étudier.

    Vous m'auriez dit qu'il peut y avoir un écoulement radial qui peut impacter la portance par un décollement précoce de la couche limite, je serai d'accord, et effectivement ça pourrait invalider les résultats, du moins restreindre sérieusement leur domaine de validité.

    Bref.

    PS : le max continu des tours rotor n'est pas la méthode optimale, je l'avais démontré dans cette étude d'ailleurs. Mais comme aucun système automatique ne peut gérer ce type de manoeuvre de manière optimale en temps réel, il faut un compromis simplicité / efficacité pour le pilote dans ce type de situation d'urgence.
    Dernière modification par obi76 ; 21/02/2013 à 01h14.
    Paradoxalement, ce sont les débats stériles qui se reproduisent le plus.

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