Partie I | scientist-site

Partie I:

Bases et principes de l'Hydrodynamisme

D'après le dictionnaire Larousse, l'hydrodynamique est:

"la science du mouvement des liquides incompressibles et des résistances qu'ils opposent aux corps qui se meuvent par rapport à eux."

Notre Tpe concerne principalement la seconde partie de cette définition, c'est à dire les interactions entre un liquide (qui ici sera toujours l'eau) et un objet solide en mouvement dedans. Ces interactions se présentent sous la forme d'un ralentissement de l'objet (causé par les résistances que l’eau lui applique) par l'eau et éventuellement une déviation de sa trajectoire, nous essayons dans cette partie et dans l'Experience de montrer et de comprendre ce phénomène.

______________

La formule de l'hydrodynamysme permet de calculer l'ampleur de la résistance exercée par le liquide sur un objet en mouvement dans celui-ci en fonction de différents paramètres.

Sa formule est la suivante:

RV=Cv*(Re*K/L) avec Re=(VL)/v

RV= résistance visqueuse (la résistance éxercée par l'eau sur l'objet en mouvement)

Cv=Coefficient de viscosité (dépend de la la masse volumique de l'eau, de la surface maitre couple de l' objet et de sa vitesse)

Re= Nombre de Reynolds

K=Rugosité du matériau

L=longeur de l'objet

v=viscosité de l'eau

Cette formule permet de calculer et de mesurer la résistance éxercée par l'eau sur un objet. Elle prend en compte de nombreux facteurs tels que:

-la viscocité de l'eau notée "v" qui varie en fonction de sa température et de son niveu de salinité

-la surface maître couple qui correspond à la surface que l'objet oppose à l'eau (soit la surface visible quand on est bien en face de l'ojet)

-La rugosité qui dépent du matériau qui compose l'objet

-La longueur de l'objet

-la vitesse de l'objet

Ce shéma représente une vue de profil de la forme hydrodynamique optimale.

La forme Hydrodynamique optimale:

On voit bien sur ce shéma le principe des trainées, qui sont responsables du ralentissement des objets en déplacement dans l'eau. Les trainées sont les flux d'eau qui contourne l'objet en mouvement, leur déplacement fait varier la pression autour de l'objet ce qui peut le ralentir ou encore dévier sa trajectoire selon sa forme (voir experience). on peut grâce au shéma essayer d'expliquer pourquoi l'hydrodynamique de cet objet est si bonne. La forme arrondie de l'avant lui permet de dévier les trainées sur ses flancs en étant peu ralenti. En raison de l'élargissement de l'objet à l'avant, l'eau qui longe ces flancs est comprimée ce qui augmente la pression et ralenti l'objet. L'affinement de l'objet vers l'arrière permet de réduire progressivement cette pression et donc de réduire la zone de ralentissement. Un arrière pointu permet aux trainées de se rejoindre facilement en créant un flux laminaire après le passage de l'objet et d'éviter qu'une dépression à l'arrière ne ralentisse l'objet. Ce point où les flux se rejoignent est applé bord de fuite.

Dans le cas de cet objet, les trainées forment un flux laminaire qui longe l'objet de manière rectilgne et régulière, un objet ayant un mauvais profil hydrodynamique va créer des flux turbulents qui entrainent des variations irrégulières de la pression qui relentissent et dévient l'objet par effet de siphon.

On voit ici la différence entre les flux laminaires (en haut), bien parallèles et les flux turbulents (en bas).

La dernière caractéristique de cette forme hydrodynamique optimale concerne le matériau qui la compose qui doit être parfaitement lisse, ca chaque irrégularité dans la structure d'une surface risque d'entrainer des turbulences.