ballon en avion

[calculair]

Je suis d'accord pour "un" gradient de pression, mais il s'établit progressivement au fur et a mesure que "les molécules s'appuient les unes sur les autres" au fond de l'appareil, je ne sais pas si le principe d'archimede s'applique tel quel.
L'air ne va pas vers l'arriere (le ballon non plus, c'est l'arriere de l'avion qui s'approche du ballon), et même en supposant ce gradient non négligeable (je me demande si les passagers a l'avant devraient manquer d'air, ou si pour gonfler un vélo il suffirait de secouer la pompe) et appliquant le principe d'archimede, je pense toujours qu'un avion accélére plus fort qu'un ballon qui s'éleve dans l'air ...
Et pour avoir un gradiant de pression non négligeable, il faudrait que l'avion accélere suffisament fort au point que le ballon serait écrasé a l'arriere. Car pour avoir cette pression, il faut que la paroi arriere se rapproche d'abord du ballon (sinon, pas de compression, CQFD).
Il faudrait que quelqu'un qui n'a pas oublié sa thermodynamique calcule cela mais: j'ai essayé la bougie dans la boite: vers l'arriere.

1) Tu es d'accord avec le gradiant de pression . La pression sur la face arriere du ballon est donc plus forte que sur sa face avant . Si S est cette surface du a dF = S dP et cette force est dirigée vers l'avant.

2) Plus l'acceleration est forte et plus le gradiant est elevé et plus la force est importante. La reponse de Michel répond assez bien sur les influences relatives de tous les phenomènes qui se passent lors de l'acceleration.

3) Le coup de la pompe a velo est amusant, mais il y a 2 problèmes
Quand tu l'as secoue il y une accéleration suivie immediatement d'une decceleration qui annule immediatement l'effet precedent. La deuxième difficulté c'est que l'acceleration que l'on sait faire à la main ne permet pas de creer une pression suffisante...


4) Réflechi aussi à la poussée d'archimède dans un vaisseau spatial en absence de pesanteur... et à l'origine de cette force
-----

[calculair]

Je suis d'accord pour "un" gradient de pression, mais il s'établit progressivement au fur et a mesure que "les molécules s'appuient les unes sur les autres" au fond de l'appareil, je ne sais pas si le principe d'archimede s'applique tel quel.
L'air ne va pas vers l'arriere (le ballon non plus, c'est l'arriere de l'avion qui s'approche du ballon), et même en supposant ce gradient non négligeable (je me demande si les passagers a l'avant devraient manquer d'air, ou si pour gonfler un vélo il suffirait de secouer la pompe) et appliquant le principe d'archimede, je pense toujours qu'un avion accélére plus fort qu'un ballon qui s'éleve dans l'air ...
Et pour avoir un gradiant de pression non négligeable, il faudrait que l'avion accélere suffisament fort au point que le ballon serait écrasé a l'arriere. Car pour avoir cette pression, il faut que la paroi arriere se rapproche d'abord du ballon (sinon, pas de compression, CQFD).
Il faudrait que quelqu'un qui n'a pas oublié sa thermodynamique calcule cela mais: j'ai essayé la bougie dans la boite: vers l'arriere.

1)Comme tu es d'accord avec le gradiant de pression . La pression sur la face arriere du ballon est donc plus forte que sur sa face avant . Si S est cette surface du a dF = S dP et cette force est dirigée vers l'avant.

2) Plus l'acceleration est forte et plus le gradiant est elevé et plus la force est importante. La reponse de Michel répond assez bien sur les influences relatives de tous les phenomènes qui se passent lors de l'acceleration.

3) Le coup de la pompe a velo est amusant, mais il y a 2 problèmes
Quand tu l'as secoue il y une accéleration suivie immediatement d'une decceleration qui annule immediatement l'effet precedent. La deuxième difficulté c'est que l'acceleration que l'on sait faire à la main ne permet pas de creer une pression suffisante...


4) Réflechi aussi à la poussée d'archimède dans un vaisseau spatial en absence de pesanteur... et à l'origine de cette force

[invité576543]

Bonjour,

L'air ne va pas vers l'arriere (le ballon non plus, c'est l'arriere de l'avion qui s'approche du ballon)

Le référentiel est soit implicite soit explicite.

En disant "aller vers l'arrière", sans préciser explicitement de référentiel, il est usuel de comprendre que le machin définissant l'arrière soit le référentiel.

Dans ta phrase, tu changes de référentiel sans le préciser, ça devient plus un jeu qu'autre chose.

Et pour avoir un gradiant de pression non négligeable

La notion de négligeable est toujours relative. Si le gradient (causé par l'inertie de l'air) est négligeable, alors l'inertie du ballon est aussi négligeable (il est encore moins dense!). On a alors à comparer deux quantités négligeables, et dire qu'elles sont négligeables n'apporte rien.

Cordialement,

[calculair]

Je crois que notre discussion est assez avancée pour tenter de quantifier les effets. Cela permettra de savoir dans quelles conditions il faut tenter l'experience et ce que l'on doit observer.

Un avion atteint une vitesse de 250 km/h en environ 25 s
L'acceleration est donc de 2,7 m/s²

Maintenant calculons le gradient de pression crée sur l'air
de densité 1,3 g /dm3

Si on prend un cube d'air de 1 dm3 l'inertie appliquée est 1,3 * 2,7 /9,81 =
0,35 g pour 100 cm² soit une pression de 0,0035 g/ cm² pour 10 cm de hauteur

Le gradient de pression sauf erreur est de 0,3 mg /cm² /cm.

La difference de pression entre l'hotesse assie au fond de l'avion et le commandant de bord sera pour un avion de 50 m de
0,3 *50 00 = 1500 mg /cm² soit de 1,5 g/cm² ou de 0,0015 kg/cm²

1° Conclusion
Pas besoin des masques à oxygène pour le commandant de bord

Quelqu'un peut continuer......

[calculair]

Suite ( rapide )
Pour un ballon de 15 cm de rayon on a un volume de 14 litres environ

L'inertie difference la poussée d'archimède due à l'acceleration de l'avion est Ecart de inertie AIR /H²

1,3 - 0,1 = 1,2

Soit 1,2 * 2,7 /9,81 = 0,33 g

Le ballon est poussée ves l'avant avec une force exprimée en gf de 0,33g ou de l'ordre de 300mg.

C'est faible.............. mais ça existe

[invité576543]

Je crois que notre discussion est assez avancée pour tenter de quantifier les effets. Cela permettra de savoir dans quelles conditions il faut tenter l'experience et ce que l'on doit observer.

Un avion atteint une vitesse de 250 km/h en environ 25 s
L'acceleration est donc de 2,7 m/s²(...)

Le gradient de pression sauf erreur est de 0,3 mg /cm² /cm.

Le gradient est directement la masse volumique fois l'accélération (formule classique...).

1,2 kg par m³ fois 2,7 m/s² = 3,2 pascal/m

ou encore 3,2 10^-5 bar/m

Quelqu'un peut continuer......

Si le ballon est un cylindre orienté avant/arrière (simplifions!) longueur L, surface faces avant et arrière S, avec SL=V le volume, la force (Archimède!) est

S x gradient x L = accélération x masse volumique air x V = accélération x masse d'air déplacée

pour un volume de 1/100 m³, ça donne

1,2 x 10^-2 x 2,7 = 0,03 Newton

La force résultante sur le ballon (archimède + entraînement) ne peut pas être plus grande en module que cela.

C'est très faible et il est assez vraisemblable que les mouvements de l'air d'origine autre que l'accélération engendrent des gradients plus élevés. Deux points:

1) Le système même de circulation d'air dans la carlingue n'est-il pas suffisant pour engendrer des gradients bien supérieurs? (Sans parler des mouvements des passagers, leur respiration, les différences thermiques, etc.)

2) Même dans l'hypothèse d'un air parfaitement calme et d'un équilibre thermique parfait avant le début de l'accélération, et sans aucune source de mouvement d'air autre que l'accélération, quel temps faut-il pour que l'air se stabilise de nouveau sous accélération constante? Je subodore que c'est bien plus que 25 secondes.

Cordialement,

[calculair]

Oui Michel , tu as raison, j'ai fait 2 erreurs

Une erreur de puissance 10 dans une division en comptant les zeros
et dans le complement j'ai oublié de multiplier par le volume du ballon

Nous avons donc les mêmes ordres de grandeurs

Une poussée de 3 g sur le ballon ne parait pas négligeable. Cela doit se voir..

Mais il faut sans doute une atmosphère calme et une ventillation ou un passager turbulent peut fausser les observations


Merci Michel et myoper qui nous a obligé à affiner nos explications qualitatives par une evaluation quantitative

Je reste curieux et j'aimerai savoir si quelqu'un pourrait faire cette experience en vrai grandeur...............

Bien cordialement et merci à tous les 2 et à tous les participants à cette discussion.

[myoper]

Bonjour et joli calcul,
Je vais regarder ca mieux des que je n'aurais plus mal a la tete. Donc pour voir si l'accelération due au gradient de pression est supérieure a celle de l'avion.
Mais dans un premier temps: Ce gradient est cree par compression de l'air (et objets flottants) par le fond de l'appareil; c.a.d qu'il faut pour cela qu'ils se rapprochent l'un de l'autre (mouvement relatif vers l'arriere) ensuite (combien de temps ?) le gradient pousse vers l'avant et ... je relis tes posts ...
(si tu peux: fais l'expérience de la bougie ds une boite).

[calculair]

Bonjour et joli calcul,
Je vais regarder ca mieux des que je n'aurais plus mal a la tete. Donc pour voir si l'accelération due au gradient de pression est supérieure a celle de l'avion.
Mais dans un premier temps: Ce gradient est cree par compression de l'air (et objets flottants) par le fond de l'appareil; c.a.d qu'il faut pour cela qu'ils se rapprochent l'un de l'autre (mouvement relatif vers l'arriere) ensuite (combien de temps ?) le gradient pousse vers l'avant et ... je relis tes posts ...
(si tu peux: fais l'expérience de la bougie ds une boite).

Je viens de faire l'experience de la bougie.
ça marche..... Pendant la phase d'acceleration la flamme se dirige vers l'avant.

Le point délicat de l'experience et de maintenir un mouvement accéléré. On a vite tendance à passer à un mouvement uniforme.

Donc la théorie que nous avons developpé avec Michel recoit une première vérification experimentale....!!!!!!!!!

[myoper]

Je n'ai pas fini, mais , oui, tu as raison, mmy, quand je qualifiait cette pression de négligeable (c'etait par rapport a l'accélération de l'avion) mais rien ne me permet de le dire.
... je retourne dans vos calculs ...

[polo974]

...Le gradient est cree par compression de l'air (et objets flottants) par le fond de l'appareil;...

En fait pas besoin de compression (variation de volume pour une même masse), aux vitesses considérées, on peut dire que l'air est incompressible.

En fait, c'est une "bête" composition vectorielle des accélérations: 9.81m/s² verticalement et 2.7m/s² horizontalement.
Le ballon montera avec angle d'environ 15° vers l'avant par rapport à la verticale (arctan(2.7/9.81)).

Une voiture au freinage est capable d'atteindre quasiment 1G, donc penché à 45° mais cette fois vers l'arrière, vu qu'on freine au lieu d'accélérer (je déconseille le freinage sauvage en marche arrière).

On doit aussi pouvoir jouer sur un tourniquet, la flamme dans la boite doit se diriger vers le centre.

Pour le coup des bulles, effectivement, il risque d'y avoir une sacrée tempête dans le verre.

[myoper]

En fait pas besoin de compression (variation de volume pour une même masse), aux vitesses considérées, on peut dire que l'air est incompressible ...

Si l'air est incompressible, comment peut il y avoir gradiant de pression ?
La, moi, je pige plus.
Mmy, je me plante dans les unités en essayant de calculer l'accélération donnée par la force appliquée (soit ca ne bouge pas, soit le pilote est mort ...). L'accelération du ballon, c'est la force appliqué sur lui divisé par sa masse ? (ou pas ?), et avec les unités, ca donne ... (c'est loin tout ca).

[invité576543]

En fait pas besoin de compression (variation de volume pour une même masse), aux vitesses considérées, on peut dire que l'air est incompressible.

L'eau est "incompressible" et on y trouve un gradient de pression, non?

Mais l'air est compressible, ce qui permet d'utiliser l'image du mouvement d'ensemble de l'air vers l'arrière sans problème.

Que ce soit négligeable ou non est directement donné par le calcul, 1/30000 ème d'atmosphère entre les extrémités de l'avion, ça fait pas gros!

En fait, c'est une "bête" composition vectorielle des accélérations: 9.81m/s² verticalement et 2.7m/s² horizontalement.
Le ballon montera avec angle d'environ 15° vers l'avant par rapport à la verticale (arctan(2.7/9.81)).

Effectivement, mais j'avais l'impression que le problème discuté c'était l'avant ou l'arrière, la composante horizontale.

Cordialement,

[invité576543]

La, moi, je pige plus.
Mmy, je me plante dans les unités en essayant de calculer l'accélération donnée par la force appliquée (soit ca ne bouge pas, soit le pilote est mort ...). L'accelération du ballon, c'est la force appliqué sur lui divisé par sa masse ? (ou pas ?), et avec les unités, ca donne ... (c'est loin tout ca).

Oui, mais perso je préfère utiliser les unités SI (ce que j'ai fait dans le calcul). En chiffrant la force en gramme, tu risque d'oublier un facteur 10!

L'unité de force en SI est le newton, environ 1/10ème de gramme-force. L'unité de pression, le pascal, 1 newton/m² (ou 1 joule/m³, histoire de troubler certains...).

Cordialement,

[harmoniciste]

Bonjour
Je pense, comme toi, que le ballon filera vers l'avant pendant l'accélération horizontale de l'avion. De même qu'il se plaquerait au sol s'il prenait l'envie aux pilotes de faire subir des g négatifs à ses passagers: Poussée d'archède inversée.

[myoper]

L'eau est "incompressible" et on y trouve un gradient de pression, non?

Mais l'air est compressible, ce qui permet d'utiliser l'image du mouvement d'ensemble de l'air vers l'arrière sans problème.

Que ce soit négligeable ou non est directement donné par le calcul, 1/30000 ème d'atmosphère entre les extrémités de l'avion, ça fait pas gros!



Effectivement, mais j'avais l'impression que le problème discuté c'était l'avant ou l'arrière, la composante horizontale.

Cordialement,

Oui, c'est la composante horizontale. Si l'avion était rempli d'eau, cela ne poserait pas de probleme: un corps flottant devrait aller vers l'avant de la carlingue, et c'est bien parce que l'air est compressible que ça me pose probleme (pendant que l'air se comprime, il n'accelere pas; l'arriere de l'avion va (devrait aller) vers le ballon). Donc j'en reviens a tes calculs, merci pour les unités ...
On connait l'accélération de l'avion, celle du ballon doit etre supériure. (et si je le crève , ce ballon ? )

[calculair]

Je n'en suis pas sur, mais la reaction du fond de l'avion qui du fait de l'inertie de l'air va provoquer ce fameux gradient se propage de l'arrière ves l'avant à la vitesse du son, en 1/10 s le gradient de pression est établi

Qui confirme ?

[harmoniciste]

Je suis d'accord: une composante horizontale de gradient de pression s'établit grace à cette accélération horizontale, De même que c'est la gravitation qui produit le gradient de pression verticale qui fait monter le ballon.

[calculair]

Je suis d'accord: une composante horizontale de gradient de pression s'établit grace à cette accélération horizontale, De même que c'est la gravitation qui produit le gradient de pression verticale qui fait monter le ballon.

OK mais l'interrogation etait sur le temps d'etablissement de ce gradient dans les 50m du fuselage.

à t = 0 l'avion est au repos
à t = un pouillème nous sommes en acceleration
à t = quelque chose le gradient de pression horizontal est etabli.

Sais tu dire combien vaut ce quelque chose ?

[harmoniciste]

Je pense, comme toi, que puisque toute modification de pression interne ne pouvant se modifier qu'a la vitesse de son (330 m/s) il faudra 50m/330 m/s = 0,15 s environ pour que le gradian permanent s'établisse.

[myoper]

Je n'en suis pas sur, mais la reaction du fond de l'avion qui du fait de l'inertie de l'air va provoquer ce fameux gradient se propage de l'arrière ves l'avant à la vitesse du son, en 1/10 s le gradient de pression est établi

Qui confirme ?

Pour moi c'est ça. Si l'avion était rempli d'eau, l'accélération serait transmise immédiatement (non compressible). A priori, ça doit etre un pouillème comme tu dis pour établir ce gradiant, (sinon le pilote ?), et c'est grace a cette compression que l'avion doit: 1) transmettre son accélération au ballon et 2) appliquer en plus une force vers l'avant, contre l'inertie du ballon (d'ou l'importance du calcul).
La difference avec la gravitation ou les forces s'exercent sur des corps au repos, contrairement a l'avion. Mais quelle idée d'avoir ammené cette histoire sur le tapis ...).

[jiherve]

Bonjour
Donc si j'en crois vos explications s'il existe une difference de pression on devrait ressentir un courant d'air au moment du décollage or en 40 ans de vol je n'ai jamais rien senti de tel, ni vu les rideaux de séparation flotter vers l'avant de l'appareil, mais je ne suis peu être pas un bon observateur!
La poussée d'archimède c'est lié à la différence de densité car un ballon en acier serait soumis à la même pression mais ferait un gros trou dans le plancher!
Le principe d'inertie indiquerait plutôt que le ballon aille vers l'arrière.
JR

[invité576543]

Je n'en suis pas sur, mais la reaction du fond de l'avion qui du fait de l'inertie de l'air va provoquer ce fameux gradient se propage de l'arrière ves l'avant à la vitesse du son, en 1/10 s le gradient de pression est établi

Qui confirme ?

Bonsoir,

Je pense qu'un régime "turbulent" s'installe, éventuellement des ondes qui mettent pas mal de temps à disparaître.

Si on me disait qu'il faut des minutes avant une stabilisation raisonnable, je ne serais pas étonné.

Sinon, pour répondre à jihervé, moi non plus n'ai jamais vu quoi que soit du genre en plusieurs centaines de vols. Mais le transfert met en jeu des quantités (proportion en masse) très faibles, à vue de nez. Sans faire de calcul, ça pourrait être inférieur aux mouvements de ventilation même (qu'on sent, eux, très bien à certaines places).

Cordialement,

[jiherve]

Bonsoir Michel
on devrait pouvoir faire la manip dans un bus, c'est moins risqué que dans un avion sauf si l'on a pour objectif de finir en combinaison orange a Guantanamo!
JR

[calculair]

Bonsoir,

Je pense qu'un régime "turbulent" s'installe, éventuellement des ondes qui mettent pas mal de temps à disparaître.

Si on me disait qu'il faut des minutes avant une stabilisation raisonnable, je ne serais pas étonné.

Sinon, pour répondre à jihervé, moi non plus n'ai jamais vu quoi que soit du genre en plusieurs centaines de vols. Mais le transfert met en jeu des quantités (proportion en masse) très faibles, à vue de nez. Sans faire de calcul, ça pourrait être inférieur aux mouvements de ventilation même (qu'on sent, eux, très bien à certaines places).

Cordialement,

Pour dire que le gradient s'etablit à la vitesse du son, je me suis fait le raisonnement suivant:

L'air serait modelisé par des petites masses , les molecules d'air, maintenues à distance l'une de l'autre par un ressort fictif, qui represente les forces de pressions. Dans un systeme physique de ce type on peut définir une vitesse de propagation d'un ébralement. On ajuste la valeur de K des ressorts fictifs pour que la vitesse de propagation soit celle du son

L'ebralement serait la reaction inertielle des molecules d'air sur le fond de l'appareil.

Je reconnais que c'est une théorie toute personnelle et aucune idée si c'est vraiment réaliste.................Qu'en penses tu. as tu une autre vision.

Si il y a plusieurs ballons dans notre avion, devant et à l'arrière ils vont se comporter, a priori, de façon quasi identiques et synchrones à un poil près.!!!

bien cordialement

[harmoniciste]

Bonsoir myoper et jihervé
Le gradian de pression vertical athmosphérique est infime: 100 microbars par mêtre environ, clairement actif pourtant sur les ballons d'hélium. Le passage de 0 à une accélération courante de 2/10 g établira donc dans la cabine à 1 bar un gradian de 20 microbars par mêtre soit un déplacement d'air 0,02 mm/m. Rien d'étonnant à ce que vous ne vous en soyez jamais aperçus!

[harmoniciste]

A noter que ce déplacement s'effectuera pendant le temps que prennent les réacteurs pour passer du ralenti à la pleine poussées soit 5 s environ d'où un vent maximum de 0,2 mm/s pendant ce temps
Avant de s'écraser sur le plafond, le ballon s'envolera, lui, franchement selon la verticale apparente, inclinée de 20% vers l'avant.

[calculair]

Suite à la Vision de Michel sur l'etablissement du gradient de pression


Pour dire que le gradient s'etablit à la vitesse du son, je me suis fait le raisonnement suivant:

L'air serait modelisé par des petites masses , les molecules d'air, maintenues à distance l'une de l'autre par un ressort fictif, qui represente les forces de pressions. Dans un systeme physique de ce type on peut définir une vitesse de propagation d'un ébralement. On ajuste la valeur de K des ressorts fictifs pour que la vitesse de propagation soit celle du son

L'ebralement serait la reaction inertielle des molecules d'air sur le fond de l'appareil.

Je reconnais que c'est une théorie toute personnelle et aucune idée si c'est vraiment réaliste.................Qu'en penses tu. as tu une autre vision.

Si il y a plusieurs ballons dans notre avion, devant et à l'arrière ils vont se comporter, a priori, de façon quasi identiques et synchrones à un poil près.!!!

Qui peut eclairer ce sujet ?

bien cordialement

[CM63]

L'accélération d'un avion lors du roulage est-elle supérieure à g? Si oui, l'angle est supérieur à 45°.

[harmoniciste]

Bonjour
Dans mon post précédent j'évalue plutôt l'accélération à 0,2 g, vu de l'angle de montée.