Hélicoptère

[invite777a0834]

Un petit problème de mécanique qui fait (mini) polémique sur un autre forum (club synergétique) :
Soit un hélico modèle réduit posé à l'intérieur d'une boîte parfaitement étanche et que nous supposerons grande pour négliger les effets de l'écoulement de l'air sur les parois.
On pèse l'ensemble, hélico à l'arrêt.
Puis on met l'hélico en vol stationnaire au centre de la boîte.
La masse de l'ensemble est-elle alors égale à la masse initiale ou bien diminue t-elle ? J'avoue douter...

Salutations

Dominique
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[invite433e9e20]

Puisqu'il s'agit d'un système fermé la masse est exactement la même.

L'hélico influe sur la pesée même en vol puisqu'il crée une surpression sous ses pâles et une dépression au dessus. le "sol de la boite" subit donc une pression supérieure à la pression atmosphérique (poussée vers le bas) et le plafond une pression inférieur a Patm (tirée vers le bas). ces forces sont exactements de la même intesité lorsque l'hélico est posé et lorqu'il est en vol stationnaire.

Voila, j'espère que ce n'est pas trop du charabia

[polo974]

Hélice => pale (sans le chapeau)...

Empalé, c'est pesé...

[invitefab76ba7]

EUh! Il es thermique ou électrique

[A voir en vidéo sur Futura]

[invitea49e0d8f]

Intéressant ça !
"le "sol de la boite" subit donc une pression supérieure à la pression atmosphérique (poussée vers le bas)"
Oui oui , mais si la boîte est très très grande, c'est a dire les côtés ainsi que le 'sol' et le 'plafond' sont très éloignés de l'engin en sustentation ... alors ?
D'un autre côté, le Terre est-elle moins lourde lorsqu'un avion décolle... ?

[Garion]

Ce n'est pas trivial comme problème, vu les 30 pages de discussion qu'il a engendré sur ces trois topics :

http://forums.futura-sciences.com/sh...ad.php?t=54896
http://forums.futura-sciences.com/sh...ad.php?t=90774
http://forums.futura-sciences.com/sh...d.php?t=124425

[invite2bcacd12]

Puisqu'il s'agit d'un système fermé la masse est exactement la même.

le "sol de la boite" subit donc une pression supérieure à la pression atmosphérique (poussée vers le bas) et le plafond une pression inférieur a Patm (tirée vers le bas). ces forces sont exactements de la même intesité lorsque l'hélico est posé et lorqu'il est en vol stationnaire.

Si l'on a un réacteur posé tuyère vers le haut sur le sol de la boite, et que l'on l'allume,
d'après vous, le fait que les gaz (qui ont fait un énorme chemin, la boite est grande,) vont appliquer sur le plafond une force exactement opposée a celle de la poussée dudit réacteur sur le sol?

pour moi rien que le fait qu'il y'aie de la dilution durant le chemin des gaz va donner une différence de poussée haut-bas.

Et ne pas oublier, pour l'helicoptère, que les tourbillons de turbulence sous les pales vont dissiper une énérgie non négligeable, énérgie qui ne seras plus disponible pour créer une force sur le plancher de la boîte.

et dernier truc terre a terre: " le "sol de la boite" subit donc une pression supérieure à la pression atmosphérique" j'ai jamais senti le souffle d'un hélico passant au dessus de moi mème a 25m de haut

[Tropique]

pour moi rien que le fait qu'il y'aie de la dilution durant le chemin des gaz va donner une différence de poussée haut-bas.

Mais bon sang, mais c'est bien sûr: et dire que les abrutis qui conçoivent les moteurs ioniques se font c**** à emporter une réserve de xénon, alors qu'il suffirait de tout mettre dans une boite, au lieu de bêtement jeter le xénon dans l'espace. Comme quoi, les idées les plus simples peuvent aussi être les plus.....

[Deedee81]

Bonjour boum,

Et ne pas oublier, pour l'helicoptère, que les tourbillons de turbulence sous les pales vont dissiper une énérgie non négligeable, énérgie qui ne seras plus disponible pour créer une force sur le plancher de la boîte.

Chaque ligne mérite pratiquement commentaire, mais là tu fais fort Tu confonds énergie et force. Par exemple, une force appliquée sans déplacement ne consomme aucune énergie. Une perte d'énergie ne signifie pas que Newton avait tort !

D'ailleurs, dans un systéme dissipatif, la loi de conservation de l'énergie mécanique n'est plus respectée (because chaleur) mais la loi de conservation de la quantité de mouvement est toujours respectée. Dans un choc inélastique, par exemple, une certaine quantité d'énergie est "perdue" mais il n'empêche que la loi de l'action et de la réaction est strictement respectée (et c'est ce qui est important dans le problème posé ici : la force de sustentation est exactement égale à la force de réaction, seuls les "détails" microscopiques, à travers les turbulences et autres "dilutions" , son compliqués).

[polo974]

... j'ai jamais senti le souffle d'un hélico passant au dessus de moi mème a 25m de haut

Et pourtant quand on voit les séquences de sauvetage en mer, l'hélico crée un sacré courant d'air à la surface de l'eau, on le voit clairement par tous les embruns qu'il génère.


Et bien vu Tropique! le moteur intersidéral à courant d'air interne, c'est pas rien

Et puis pourquoi met-on les hélices de sous-marin dehors, alors qu'en les gardant dedans, il y a moins de problèmes d'étanchéité

[invite2bcacd12]

Bonjour boum,
seuls les "détails" microscopiques, à travers les turbulences et autres "dilutions" , son compliqués).

Désolé si je me suis trôôômpé de de signification au sujet de force/énérgie, mais vous aurez sûrement compris l'idée de base dont je voulais parler.

Quand dans les clubs d'avation (Geneve par exemple) l'on conseille de ne pas décoller après un gros porteur car y'a un risque de retournement de l'avion, je ne considère pas ces vortexs comme microscopiques.

Et pourtant quand on voit les séquences de sauvetage en mer, l'hélico crée un sacré courant d'air à la surface de l'eau, on le voit clairement par tous les embruns qu'il génère.

Les sauveteurs ne descendent pas 25m de ligne avant de toucher l'eau, et même, je parlais d'un ordre de grandeur, Càd que au delà de (soyons généreux,) 25~50m on ne sent plus le souffle de l'hélico.

[polo974]

...
Les sauveteurs ne descendent pas 25m de ligne avant de toucher l'eau, et même, je parlais d'un ordre de grandeur, Càd que au delà de (soyons généreux,) 25~50m on ne sent plus le souffle de l'hélico.

Sachant qu'un hélico à un diamètre de rotor de 10 à 15m, et qu'en gros l'hélico est 2 fois plus haut que son diamètre de rotor, on ne doit pas être loin des 25m.

Mais passons à disons 100m: "on ne sent plus le souffle de l'hélico."

Et c'est normal, vu que si on considère (très schématiquement) que l'hélico s'appuie sur non pas un cylindre, mais un cône (de dilution) d'air, celui-ci s'évasant au fur et à mesure où on s'écarte de l'hélice, la section de ce cône augmente au carré de la distance, et vient un moment, où on est incapable de ressentir le souffle (qu'un appareil de mesure pourrait encore sur une certaine distance), mais ça ne veut pas dire que d'un coup, d'un seul, on a franchi une frontière où au-delà, il ne se passe plus rien.

Raisonnons autrement: l'hélico vole grâce à la mise en mouvement d'un tourbillon. Ce tourbillon est torique en vol stationnaire. Mais pour que l'hélico reste en vol, il faut que ce tore grossisse ou accélère indéfiniment (pour obtenir une force de sustentation constante) ou enfin finisse par s'appuyer sur autre chose que de l'air.
L'accélération sur un temps infini est impossible (vitesse infinie).
L'augmentation de volume infinie dans un milieu fermé aussi, il ne reste donc plus que prendre appui sur la ou les surfaces avoisinantes comme solution.

Ces 2 points de vues sont très schématiques, mais convergent sur la même conclusion: l'hélico s'appuie sur l'air qui fini un moment donné par s'appuyer sur les surfaces environnantes.

En fait, la "magie" de l'aérodynamique dans ces calculs habituels, est que en dessous d'un faible pourcentage des vitesses et pressions initialement considérées, on fait l'impasse dessus (on simplifie, on néglige, ...), donc on fini par croire que l'avion ou l'hélico en vol ne s'appuie pas au travers de l'air sur le sol qu'il survole.

Par exemple, la couche limite est généralement définie à 99% de la vitesse à l'infini. C'est une approximation arbitraire, mais en général suffisante pour avoir de bons résultats sur les calculs utiles à l'étude de l'objet considéré.

[inviteba01f777]

Dans le même genre y'a aussi le coup du sablier qu'on retourne sur une balance...

[invite31d58af5]

Ben je suis peut être un peu neuneu, mais il me parait pourtant évident que si la boite est parfaitement étanche et rigide et qu'en prime elle est suffisamment grande (comme indiqué), et bien la masse globale ne peut qu'être invariable. Peut être pourrait on enregistrer des micro variations de poids en different points de la boite, mais surement pas de la masse globale.

[curieuxdenature]

Bonjour miawwrr

je pense que tu es sur la bonne voie, mais je vois ça autrement.

Pour la variation de masse, il n'y en a pas, c'est un invariant. Par contre pour le poids c'est différent, c'est une force dirigée vers le bas par l'accéleration due à la pesanteur.

Si on devait tracer une courbe du poids dans le temps, ce qu'on va constater, c'est une variation du poids de la boite entre le moment où l'hélico décolle et le moment où il se pose, avec un retour à la normale entre les 2. Si vous en doutez, demandez à votre épouse si elle n'a jamais couru après sa machine à laver au moment de l'essorage, machine qui se fait la malle à cause du balourd. Pourtant c'est aussi une boite fermée.

[polo974]

Bonjour miawwrr

je pense que tu es sur la bonne voie, mais je vois ça autrement.

Pour la variation de masse, il n'y en a pas, c'est un invariant. Par contre pour le poids c'est différent, c'est une force dirigée vers le bas par l'accéleration due à la pesanteur.
...

Non, le poids est aussi invariant puisque la masse et la pesanteur sont invariant.
Ensuite, il peut y avoir d'autres forces (comme celles dues à l'essorage...) qui s'ajoutent, mais leur moyenne est nulle.

[curieuxdenature]

Je ne conteste pas la nullité de la moyenne, ça parait évident si on en croit le principe de conservation de l'énergie.
Le principal est de s'exprimer correctement sur l'ensemble du problème.
C'est un fait qu'une machine fermée soumise à de brusques changement inertiels internes (des accélérations) va se comporter comme si son poids variait dans le temps, en plus et en moins, donc variation nulle en moyenne.

Mais bon, si on cherche à faire une machine qui se déplace dans une direction précise avec ce genre de méthode, on va ramer longtemps avant de remarquer qu'il faut faire des trous dans la galère.