Faire décoller une règle

Sur un double décimètre on a collé une languette de papier après lui avoir donné la forme d’une aile d’avion.Si l’on souffle avec une paille sur la languette, la règle va-t-elle s’abaisser ou se soulever ? Cette expérience est une bonne illustration de l’existence de la force de portance qui permet aux avions de décoller.

Fiche d’accompagnement de l’expérience:
 

Matériel
  • une règle (longueur comprise entre 15 et 30 cm)

  • du papier fort

  • un crayon ou une baguette cylindrique servant d’axe de rotation

  • une paille de diamètre aussi gros que possible

  • accessoire : du ruban adhésif

Montage et réalisation

Couper une bande de papier de la même largeur que la règle et de longueur égale au tiers de celle de la règle environ.

Coller une extrémité du papier à l’extrémité de la règle avec du ruban adhésif.

Coller l’autre extrémité de la bande de papier de telle sorte que le papier soit bombé, son point le plus haut se situant à environ 1,5 cm de la règle (voir la figure).

On a ainsi réalisé un modèle expérimental d’aile.

Poser la règle en travers sur un crayon rond près de son centre de gravité (voir la figure), le côté de la règle portant le papier légèrement plus bas que l’autre.

Souffler vers l’aile de papier à travers une paille tenue à environ 4 cm au dessus de la règle.

La règle se soulève du côté de l’aile de papier, l’autre côté bascule vers le bas.

Faire attention à envoyer l’air sur la moitié de règle qui porte le papier pour que les spectateurs ne puissent pas penser que c’est l’air soufflé par la paille qui appuie sur le côté de la règle qui descend.

Tenir le crayon d’une main pendant qu’on souffle pour éviter tout glissement du crayon et de la règle. Si la règle ne se soulève pas comme prévu ci-dessus, il faut modifier la position de la paille.

Explications

Le théorème de Bernoulli :

( , p : pressions du fluide pour les vitesses respectives , v ; : masse volumique du gaz)
s’applique à des écoulements laminaires horizontaux. L’écoulement de l’air autour du papier est le même qu’autour d’une aile d’avion horizontale.
Du fait de la déformation des lignes de courant sur le dessus de l’aile, il y apparaît une augmentation de la vitesse d’écoulement
( )
donc une dépression par rapport à la pression atmosphérique
:
c’est l’effet Venturi. Ici la pression est plus faible au-dessus du papier qu’en dessous ; il en résulte une force dirigée vers le haut qui soulève la règle du côté du papier (le crayon matérialise l’axe de rotation de la règle). Ce phénomène ne correspond pas aux prévisions intuitives, c’est un effet paradoxal.

Remarques

C’est en vertu du même principe qu’un vent violent arrache les toitures.

Le même phénomène intervient dans les expériences « La feuille qui ne veut pas décoller », « Le carton qui plane » et « Vive le vent ! ».

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