La vraie force de coriolis

[OnlineMeteo]

Bonjour,
J'avais déjà évoqué le sujet en partie "physique", j'ai beaucoup travaillé sur le sujet depuis.

Pour un géophysicien, la force de Coriolis n'est pas la déviation de changement de référentiel, illustrée dans les cours de physique mainstream. Comme il a été démontré depuis des décennies, la cellule de Hadley et les cercles inertiels de l'océans n'obéissent pas à une inertie du point de vue galiléen. Même du point de vue galiléen, quelque chose empêche l'inertie.

Les schémas des géophysiciens Persson et Stull sont clairs : il faut partir d'un équilibre entre la force centripète et la force centrifuge pour comprendre la force de Coriolis au sens historique (de Mr Coriolis) qui est aussi le sens en géophysique.

https://sciencepost.fr/comprendre-la...-et-de-locean/
https://www.eoas.ubc.ca/books/Practi...rces_Winds.pdf

Ce qui est troublant est que sur les schémas, la force centrifuge est réévaluée sur la base des trajectoires... en référentiel galiléen. Le trouble explique que Persson a dit : "la force de Coriolis n'est pas une force... au sens usuel du terme". Ce qui signifie exactement que la force de Coriolis est quand même un "truc" réel dans le référentiel galiléen.

Si on suit attentivement les schémas de Persson et Stull, il n'y a pas que la force de Coriolis qui soit un "truc" réel du référentiel galiléen, la force centrifuge aussi (dans ce cas). C'est parce que les anomalies de force centrifuge sont un "truc" réel du référentiel galiléen que la force de Coriolis existe. Personnellement, ça ne me choque pas, mais voilà la science est plus passionnante qu'il n'y paraît.
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[gts2]

Bonjour,

Comme il a été démontré depuis des décennies, la cellule de Hadley et les cercles inertiels de l'océans n'obéissent pas à une inertie du point de vue galiléen.

Auriez-vous un lien explicitant cela ? A moins que cela ne veuille tout simplement dire que le référentiel terrestre est non galiléen, dans ce cas pas de problème.

Ce qui est troublant est que sur les schémas, la force centrifuge est réévaluée sur la base des trajectoires... en référentiel galiléen.

Les trajectoires sont dans le référentiel terrestre non galiléen.

Si on suit attentivement les schémas de Persson et Stull, il n'y a pas que la force de Coriolis qui soit un "truc" réel du référentiel galiléen, la force centrifuge aussi (dans ce cas).

Forces centrifuge et de Coriolis sont les deux composantes de la force d'inertie.
Le schéma est un méli-mélo entre deux référentiels :
Dans le référentiel terrestre, lors du mouvement disons vers l'est, la force centrifuge reste constante (en norme) et il y a apparition de la force de Coriolis.
Dans le référentiel de l'objet la force centrifuge varie, mais il n'y a pas de force de Coriolis.
Donc ce que dit le texte c'est qu'on peut interpréter la force de Coriolis comme la différence entre la force centrifuge dans le référentiel terrestre et celui de l'objet ? C'est bien cela ?

[OnlineMeteo]

Je suis désolé mais il faut arrêter de répéter le cours. Persson, pourtant publié en peer-reviewed, a même dit en privé que les éditeurs de cours scientifique refusaient son discours de peur de choquer le milieu. Ce n'est donc pas le cours qui va vous aider. Il faut oublier tout changement de référentiel, partir de Newton et regarder les schémas montrant une force centrifuge qui change en fonction de la trajectoire.

On apprend tous par coeur une force de Coriolis fonction de la vitesse relative. Mais c'est une propriété, ce n'est pas son origine physique. Les schémas montrent une force de Coriolis qui naît par connaissance de la vitesse absolue.

[GBo]

Bonjour,
Tu parles de ce papier ?

"How Do We Understand the Coriolis Force?"
Anders Persson (Bulletin of the American Meteorological Society)
https://journals.ametsoc.org/view/jo...l?tab_body=pdf

[A voir en vidéo sur Futura]

[f6bes]

Je sens comme une défience !
J'attends la suite ( vu que la langue anglaise !!!) en ce qui me concerne.
Vous avez dit..."papier" ! et pas....document.
A+

[GBo]

Pas du tout, "papier" est un anglicisme de ma part pour dire paper qui signifie publication scientifique dans le jargon du genre, il n'y a aucun jugement (je découvre le sujet). Puisqu'il est question d'un certain Persson (son nom est Persson), autant lire ce qu'il a dire par le menu, d'où ma demande de confirmation avant de faire cet effort.

[gts2]

Il faut oublier tout changement de référentiel, partir de Newton et regarder les schémas montrant une force centrifuge qui change en fonction de la trajectoire.

Moi, je veux bien mais sur le schéma il n'y a rien que trois référentiels : les trajectoires sont dans le référentiels géocentrique (1) (à ce que je comprend), la force de Coriolis est dans le référentiel terrestre (2) et la force FCNH dans le référentiel de l'objet (3).
La première chose à faire en mécanique c'est quand même définir le référentiel d'étude.
Donc si on oublie tout changement de référentiel, dans quel référentiel est la figure ?
Si on part de Newton (donc je suppose que vous voulez dire par là dans un référentiel galiléen), il n'y a pas de force centrifuge.

Les schémas montrent une force de Coriolis qui naît par connaissance de la vitesse absolue.

Cela montre, comme déjà dit, que l'on peut interpréter la force de Coriolis comme différence de forces centrifuges entre deux référentiels, pourquoi pas, mais un peu contradictoire avec "Il faut oublier tout changement de référentiel".

[OnlineMeteo]

Ce n'est pas un simple papier de recherche nouvelle, c'est une série de papiers qui circulent dans les canaux académiques depuis des décennies et qui suivent en fait les papiers (oubliés) du 19e siècle à l'époque de Coriolis. Persson insiste à dire qu'il fait pour beaucoup un travail d'historien scientifique. C'est suffisamment robuste pour que ce soit publié dans un livre de cours de sciences atmosphériques de Roland Stull.

Le papier BAMS de Persson est un exemple parmi d'autres.

[f6bes]

OK ,bien pris mon cours d'anglais !!

Bonne journée

[OnlineMeteo]

@gts2 : je devine votre souhait de vouloir associer un référentiel mobile à chaque force centrifuge.

Persson montre la somme des forces sans montrer de trajectoires, ce qui ne permet pas d'expliciter le référentiel.
Stull franchit lui le pas en montrant les trajectoires dans le référentiel galiléen, ce qui explicite le référentiel.

A ce stade, c'est plus sage de professer comme Persson avec un schéma sans expliciter le référentiel. Libre au lecteur de comprendre qu'il y a un référentiel unique à trouver.
Par contre, du point de vue de la recherche, Stull nous montre la voie : il suffit de prouver que la force centrifuge se déduit de la trajectoire dans le référentiel galiléen, ce qui au fond était l'idée de Newton.

Il ne faut pas oublier qu'à la clé, il faut expliquer une trajectoire dans le référentiel galiléen qui soit plus complexe qu'un cercle de rotation. On connaît la complexité de la trajectoire dans le référentiel galiléen pour le cercle "inertiel" (qui est l'effet le plus pur de la force de Coriolis), qui n'a d'inertiel que le nom.

[gts2]

@gts2 : je devine votre souhait de vouloir associer un référentiel mobile à chaque force centrifuge.

Ben oui, c'est la définition même, une force d'inertie est la force qu'il faut ajouter aux forces matérielles pour appliquer le PFD dans un référentiel non galiléen, donc si pas de référentiel pas de forces d'inertie.

Persson montre la somme des forces sans montrer de trajectoires, ce qui ne permet pas d'expliciter le référentiel.

On n'a besoin de trajectoire pour définir un référentiel : on définit le système étudié, le référentiel d'étude, on fait le bilan des forces et ensuite on peut en déduire la trajectoire dans le dit référentiel. La trajectoire est la conclusion pas le point de départ.

Stull franchit lui le pas en montrant les trajectoires dans le référentiel galiléen, ce qui explicite le référentiel.

Sauf que les calculs de Stull sont, comment dire, inexacts (voir fichier joint : strull-Persson-1.pdf).
Le pire étant la page 301, où il calcule une force centrifuge fausse mais donne quand même les bonnes équations du mouvement : strull-Persson-2.pdf.

[OnlineMeteo]

En résumé, vous préférez vous accrocher à votre cours d'école plutôt qu'apprécier lire des chercheurs expérimentés et des vulgarisations du magazine SciencePost.

Hommage à Anders Persson : https://www.ecmwf.int/en/newsletter/...anders-persson

[JPL]

Faire un commentaire méprisant [vous préférez vous accrocher à votre cours d'école] à quelqu’un qui n’est pas d’accord avec toi ne plaide pas en faveur de ton ouverture d’esprit.

Surtout quand ton interlocuteur pointe deux calculs faux.

[gts2]

Disons qu'on va dire que dans le premier cas, ils n'explicitent pas les référentiels, ce qui est quand même problématique pour des forces d'inertie. Et à force de ne pas expliciter ...

[gts2]

J'ai peut-être compris : extrait d'un texte de Persson :

Ce qu'il appelle force centrifuge est ce qu'on appelle force d'inertie (je ne sais si c'est un problème de météo ou d'américain), et comme il ne precise pas quand il utilise force centrifuge si c'est la "common" ou la "total", on a du mal à suivre.
Pas étonnant donc qu'il ait eu des problèmes de compréhension des mécaniciens.

[OnlineMeteo]

Ce graphique prouve donc que même Persson, pas uniquement Stull, franchit parfois le pas en traçant trajectoires et forces centrifuges dans le référentiel galiléen.

Pour montrer qu'il n'y a pas que Persson et Stull :

L'article de Durran (1993) qui montre le problème d'appeler "inertielle" une oscillation visible dans le référentiel galiléen.
https://journals.ametsoc.org/view/jo...r_2_0_co_2.xml
Durran parle de "force d'inertie" au sens de "force illusoire" et pas au sens de l'expression mathématique, c'est pour çà qu'il dit que ce n'est pas une simple "force d'inertie". Les équations avec force d'inertie, au sens d' expressions mathématiques, restent parfaitement valables évidemment. Il faut juste comprendre que ces expressions mathématiques cachent des forces non illusoires.

[OnlineMeteo]

Je suis allé lire les écrits de MG Coriolis (Coriolis signe son prénom par MG, c'est son histoire) pour comprendre à quel moment une force de Coriolis galiléenne peut se justifier.

https://empslocal.ex.ac.uk/people/st...iolis-1831.pdf

MG Coriolis écrit ceci : "des liaisons subsistent pendant le mouvement [...] on pourra continuer à considérer chaque point comme libre pourvu qu'on ajoute des forces"

MG Coriolis ne dit pas que l'ajout de forces vient du changement de référentiel mais de l'oubli de liaisons. Au sens mathématique, les liaisons sont des contraintes géométriques et fournissent la base de la cinématique. Or, la dynamique de Newton n'est pas un cours de cinématique, toute particule vérifie F=ma et les liaisons mathématiques sont "de la triche". Je trouve que MG Coriolis nous dit en fait que l'ajout de forces est indispensable si on veut oublier les liaisons mathématiques et revenir au rôle de forces comme Newton.

N'est-ce donc pas une preuve que l'ajout de forces a un sens de physique fondamental ? MG Coriolis semble trouver les forces nécessaires à l'explication de la rotation, dans l'esprit de Newton, sans s'aider à aucun moment d'un vecteur rotation.

Il est important je pense de voir que dans les exemples de MG Coriolis, il y a des liaisons physiques car ce sont des machines industrielles, pas de l'électromagnétisme ou astrophysique. Or, c'est mon intuition depuis le départ : les liaisons physiques jouent un rôle clé à la force de Coriolis.

[OnlineMeteo]

La vraie force de Coriolis est bien illustrée par une expérience ici
https://www.youtube.com/watch?v=nRSUbgr3LOU

En cas de contact imposé avec un système qui tourne, l'objet reçoit force centripète et centrifuge radiales. On rentre alors dans les conditions où un équilibre tente de se faire entre les forces centripètes et centrifuges radiales, ce qui serait un point fixe relatif.

Si on rajoute une vitesse relative horizontale pour empêcher le point fixe relatif, la force centrifuge n'est plus équilibrée, l'anomalie de force (ici horizontale) est la force de Coriolis (ici horizontale). L'évolution non stop de la vitesse relative et de la force de Coriolis aboutit normalement à l'oscillation "inertielle", mais ici l'oscillation est trop large donc finit par atteindre le bord du disque. L'oscillation est trop large car les forces centripètes et centrifuge radiales sont trop faibles, donc la force de Coriolis aussi.

En océanographie, les forces centripètes et centrifuge radiales sont puissantes donc le rappel au point fixe relatif est puissant, c'est à dire que l'oscillation "inertielle" est très rapide face aux courants. L'eau a plus d'énergie cinétique relative à tourner autour d'un point fixe que de suivre un courant.

Cela montre comment la rotation tue la viscosité des fluides. De loin, si on ne voit pas l'oscillation "inertielle", on a l'impression que le fluide est un solide collé à la surface tournante. Sans rotation, sans oscillation "inertielle, il n'y aurait pas cette solidification. L'hydrostatique est puissante sur la verticale mais contrairement à l'équilibre centripète/centrifuge n'induit aucune force horizontale obligeant à rester près d'un point fixe relatif.

[gts2]

Bonjour,

La vraie force de Coriolis est bien illustrée par une expérience ici
https://www.youtube.com/watch?v=nRSUbgr3LOU

Sauf que la video est prise dans le référentiel du labo supposé galiléen et donc pas de forces d'inertie pour écrire les équations du mouvement.

[OnlineMeteo]

Vous voyez une déviation absolue mais vous refusez d'y voir une force car "il n'y a pas de force d'inertie dans le référentiel galiléen".

Or désolé, d'après Newton, s'il y a une déviation absolue, il y a une force absolue.

J'ai fait un graphique qui rejoint les conventions de Stull et place également le vocabulaire de M G Coriolis sur la force centrifuge composée.

Pièce jointe 506812

Avec une expérience particulière qui force l'équilibre centripète/centrifuge, pour se rapprocher des conditions planétaires, l'oscillation inertielle prend encore mieux.
https://www.youtube.com/watch?v=UmbOIfkdnac

[gts2]

Vous voyez une déviation absolue mais vous refusez d'y voir une force car "il n'y a pas de force d'inertie dans le référentiel galiléen".
Or désolé, d'après Newton, s'il y a une déviation absolue, il y a une force absolue.

Il y a bien une force absolue : le frottement du plateau tournant sur la balle.

J'ai fait un graphique qui rejoint les conventions de Stull et place également le vocabulaire de M G Coriolis sur la force centrifuge composée.
Pièce jointe 506812

Pièce jointe non valide, à voir ...

Avec une expérience particulière qui force l'équilibre centripète/centrifuge, pour se rapprocher des conditions planétaires, l'oscillation inertielle prend encore mieux.
https://www.youtube.com/watch?v=UmbOIfkdnac

Celle-là est claire : on voit dans les deux référentiels.

[OnlineMeteo]

J'espère que ce lien va mieux marcher

A propos de la force de friction :

Si le mobile était de même masse volumique que le support (ce que je ne suis pas sûr est le cas de la dernière vidéo), la friction conduirait à coller le mobile sur un point du support (que j'appelle point fixe relatif). Par contre, il reste à expliquer la rotation autour de ce point fixe relatif avant que le mobile ne s'y colle, c'est à dire l'oscillation inertielle. Cette rotation vient de la force de Coriolis.

La friction est un acteur de la force de Coriolis car c'est elle qui communique les forces radiales du support au mobile. C'est uniquement ce rôle de la friction qui nous intéresse. C'est un rôle d'intermédiaire.

Pour résoudre la rotation, il faut étudier les forces radiales reçues par le mobile. Savoir que la friction les communique suffit. On n'a pas besoin d'étudier en détail la friction.

[gts2]

J'espère que ce lien va mieux marcher

C'est bien passé cette fois.

A propos de la force de friction :
Si le mobile était de même masse volumique que le support (ce que je ne suis pas sûr est le cas de la dernière vidéo), la friction conduirait à coller le mobile sur un point du support (que j'appelle point fixe relatif). Par contre, il reste à expliquer la rotation autour de ce point fixe relatif avant que le mobile ne s'y colle, c'est à dire l'oscillation inertielle. Cette rotation vient de la force de Coriolis.

Je ne vois pas quel rôle pourrait jouer la masse volumique, par contre la forme oui : si c'est un palet, il resterait en effet collé au plateau et on aurait un cercle dans le référentiel du laboratoire qui est celui de la video.
Par contre, avec une balle (cas de la video), celle-ci va rouler (voir par ex. libretexts...Classical_Mechani cs_(Fowler)...Ball_Rolling_on_ Rotating_Plane et parcourir un cercle dans le référentiel du labo. Ce cercle n'a rien à voir avec Coriolis (voir lien précédent).
Ceci étant, on peut laisser tomber cette video puisque la suivante est plus claire.

[OnlineMeteo]

Le cas le plus intéressant de la force de Coriolis est je pense quand le mobile est de même masse volumique que le support. Mais oublions.

Si on observe un cercle "inertiel", c'est la preuve que c'est d'abord le schéma de Persson et Stull (qui traduit le texte de Mr Coriolis) qui joue, donc la force de Coriolis au sens de la géophysique et de Mr Coriolis. Dans le repère absolu, ce cercle "inertiel" est largement associé à une rotation, la rotation principale étant celle du point fixe relatif.

Autres vidéos qui montrent des rotations dans le repère absolu :

- rotation absolue d'un "palet" (bien ralentir la vidéo pour le voir)
https://www.youtube.com/watch?v=4WDy...ob5Y4D&index=1

- rotation absolue d'une balle qui a un moment d'inertie
https://www.youtube.com/watch?v=3oM7hX3UUEU

En résumé, dès qu'on accélère la rotation et qu'on élargit le plateau, le mythe du déplacement absolu en ligne droite disparaît. Les raisons de la rotation en repère absolu sont multiples, une étant la force de Coriolis au sens de la géophysique et de Mr Coriolis.

[gts2]

le mythe du déplacement absolu en ligne droite disparaît.

Qu'appelez-vous le "mythe du déplacement absolu en ligne droite" : il y a déplacement en ligne droite s'il n'y a pas de forces (première loi de newton) ; dans les deux videos présentés il y a une force de frottement qui agit sur le palet et la balle qui n'ont donc aucune raison d'aller en ligne droite.

[OnlineMeteo]

99% des (mauvaises) explications physiques sur la force de Coriolis considèrent (ce qui est faux) que dans l'absolu le mobile va en ligne droite, mais pour vous il n'y a pas de mythe ?

Votre interprétation de la friction, pour la force de Coriolis, est mauvaise. Si c'était un simple rôle de la friction, on n'aurait pas de cercle inertiel ni de force de Coriolis. Je l'ai déjà dit : le contact mobile-support sert à transmettre les forces radiales du support au mobile. Si on raisonne comme Newton, il faut donc étudier les forces radiales reçues par le mobile, forces dépendant uniquement du support. Il ne faut pas considérer la friction comme une force à part entière. C'est uniquement dans des cas précis que la friction se modélise comme une force.