Force de coriolis

Force de coriolis

Force de Coriolis Gustave Gaspard de Coriolis souvent simplement nommé Gustave Coriolis, né à paris le 21 mai 1792 et mort à Paris le 19 septembre 1843, est un mathématicien et ingénieur français. Il a donné son nom l’accélération de Coriolis et à la force de Coriolis affectant le mouvement des corps dans un milieu en rotation.

On le connaît surtout pour le théorème de mécanique qui porte son nom et pour la force de Coriolis qui correspond à une loi de la cinématique :  » Toute particule en mouvement dans l’hémisphère nord est déviée vers sa droite (vers sa gauche dans to page l’hémisphère sud) ‘ Elle n’est pas en fait orps sur un autre, m du mouvement non I l’observateur qui cha centripète du référen Swipe v all,_ soit l’action d’un ve résultant -même. C’est ion de l’accélération t changement de direction de ce qui l’entoure comme une force Inverse.

L’introduction de cette force permet de simplifier les équations du mouvement dans ce genre de repère, au même titre que celui de la force centrifuge. Histoire À la fin du xviiie siècle et au début du xixe siècle, la mécanique connut de grands développements théoriques. En tant

Désolé, mais les essais complets ne sont disponibles que pour les utilisateurs enregistrés

Choisissez un plan d'adhésion
qu’ingénieur, Gaspard-Gustave Coriolis s’intéressait à rendre la mécanique théorique applicable dans la compréh ompréhension et le développement de machines industrielles.

Cest dans son article Sur les équations du mouvement relatif des systèmes de corps2 (1835) que Coriolis décrivit mathématiquement la force qui devait porter son nom. Dans cet article, la force de Coriolis apparait comme une composante supplémentaire à la force centrifuge, elle aussi inertielle, ressentie par un corps en mouvement relativement à un référentiel en rotation. L’argumentation de Coriolis était basée sur une analyse du travail et de l’énergie potentielle et cinétique dans les systèmes en rotation.

De nos jours, la démonstration la plus tilisée pour enseigner la force de Coriolis utilise les outils de la cinématique. Ce n’est qu’à la fin du xixe siècle que cette force fit son apparition dans la littérature météorologique et océanographique. Le terme « force de Coriolis » apparut au début du xxe siècle. Définition[modifier I modifier le code] La force de Coriolis est une force inertielle agissant perpendiculairement à la direction du mouvement d’un corps en déplacement dans un milieu (un référentiel) lui-même en rotation uniforme, tel que vu par un observateur partageant le même référentiel.

En mécanique newtonienne, on qual’fie la force de Coriolis de orce fictive, ou inertielle, en vertu du fait qu’elle n’existe que parce que l’observateur se trouve dans un référentiel en rotation alors qu’aucune force ne s’exerce pour un observateur dans un référentiel 2 référentiel en rotation alors qu’aucune force ne s’exerce pour un observateur dans un référentiel galiléen (ou référentiel inertiel).

L’animation à droite nous montre donc la différence entre le point de vue d’un observateur immobile dans un référentiel inertiel hors du système en haut et celui d’un observateur qui se déplace avec un disque en rotation dans le même référentiel en bas. Dans es deux cas, il n’y a pas de friction entre la bille noire et le disque et donc aucune force réelle. Pour le premier, la bille ne fait que se déplacer avec une vitesse constante depuis le centre du disque vers sa bordure. our lui, il n’y a pas de force en jeu et la bille se déplace en ligne droite3. Pour le second (le point rouge), la bille se déplace le long d’un arc de cercle, vers sa gauche, changeant constamment de direction. Il faut donc une force pour expliquer ce déplacement. Cette pseudo-force est la force de Coriolis . Elle est perpendiculaire à l’axe de rotation du référentiel et au vecteur de la vitesse du orps en mouvement.

Applications géophysiques On citera comme exemples de la manifestation de la force de Coriolis sur Terre le mouvement des masses d’air et des cyclones, la déviation de la trajectoire des projectiles à grande portée (cf Pariser Kanonen), le changement du plan de mouvement d’un pendule tel que montré par Foucault dans son expérience du pendule de Foucault en 1851 au Panthéon de Paris, ainsi que la légère d 3 expérience du pendule de Foucault en 1851 au Panthéon de Paris, ainsi que la légère déviation vers l’est lors de la chute libre. Coriolis en météorologie et en océanographie [modifier modifier le code]

L’application la plus importante de la pseudo-force de Coriolis est sans conteste en météorologie et en océanographie. En effet, les mouvements à grande échelle de l’atmosphère terrestre sont le résultat de la différence de pression entre différentes régions de la couche atmosphérique mais sont assez lents pour que le déplacement dû à la rotation de la Terre influence la trajectoire d’une parcelle d’air. Considérons donc la circulation atmosphérique mais les mêmes remarques sont valides pour les mouvements des eaux dans les mers.

Circulation autour d’une dépression Diagramme qui montre comment les vents sont déviés pour onner une circulation anti- horaire dans l’hémisphère nord autour d’une dépression. La force de gradient de pression est en bleu, celle de Coriolis en rouge et le déplacement en noir Le flux d’air dans une masse d’air au repos s’effectue depuis les zones de haute pression vers celles de basse pression. Si la Terre n’était pas en rotation, la pression d’air s’égaliserait donc rapidement et l’atmosphère deviendrait rapidement isotrope sans apport de chaleur.

Par contre, avec le réchauffement différent aux pôles et à l’équateur qui maintient une différence de pression, on aurait une éternelle circulation entre 4 ‘équateur qui maintient une différence de pression, on aurait une éternelle circulation entre ces deux endroits. Cependant, la Terre tourne et en utilisant la définition de la force de Coriolis dans un référentiel en rotation, on voit que cette dernière augmente à mesure que la vitesse obtenue par le gradient de pression augmente mais dans la direction perpendiculaire.

Ceci donne une déviation vers la droite dans l’hémisphère nord (gauche dans celui du sud) d’une parcelle d’air en mouvement. Ainsi la circulation de l’air sera anti-horaire autour dune dépression et horaire autour d’un anticyclone (hémisphère nord). Dans la figure à droite, on voit comment cela se produit en prenant les quatre points cardinaux comme début de l’interaction des forces. Le gradient de pression (flèches bleues) amorce le déplacement de l’air mais la force de Coriolis (flèches rouges) le fait dévier vers la droite (flèches noires).

Le gradient de pression s’ajuste en direction avec ce changement ainsi que la force de Coriolis ce qui fait changer continuellement la direction de notre parcelle. Rapidement, le gradient de pression et la force de Coriolis s’opposent et le déplacement de l’air se stabilise en suivant une trajectoire perpendiculaire au gradient et donc arallèle aux lignes d’équi-pression (isobares). Les dépressions, aussi appelés cyclones, ne peuvent pas se former près de l’équateur où la composante horizontale de la force de Coriol S se former près de l’équateur où la composante horizontale de la force de Coriolis est nulle.

La variation de la force de Coriolis donne donc différents régimes de circulation atmosphérique selon la latitude. Balistique et cercles Inertiels[modifier I modifier le code] une autre utilisation pratique de la force de Coriolis est le calcul de la trajectoire des projectiles dans l’atmosphère. Une fois qu’un bus est tiré ou qu’une fusée en vol sous-orbital a épuisé son carburant, sa trajectoire n’est contrôlée que par la gravité et les vents (quand il est dans l’atmosphère). Supposons maintenant qu’on enlève la déviation due au vent.

Dans le repère en rotation qu’est la Terre, le sol se déplace par rapport à la trajectoire rectiligne que verrait un observateur immobile dans l’espace. Donc pour un observateur terrestre, il faut ajouter la force de Coriolis pour savoir où le projectile retombera au sol. Dans la figure de droite, on montre la composante horizontale de la trajectoire qu’un corps parcourrait Sil ny avait que la force de Coriolis qui agisse (elle ne comporte pas la composante verticale du vol, ni la composante verticale de Coriolis). terprétations erronées Contrairement à une croyance populaire, la force de Coriolis due à la rotation du globe terrestre est trop faible pour avoir le temps d’influer sur le sens de rotation de l’écoulement de l’eau dans un lavabo qui se vide. Comme l’ont montré Arsher Shapiro et Lloyd N. Tr l’écoulement de l’eau dans un lavabo qui se vide. Comme l’ont montré Arsher Shapiro et Lloyd N. Trefethen (en)3, pour percevoir une telle influence, il est nécessaire d’observer une masse d’eau tabilisée dans un très grand bassin circulaire, d’un diamètre de l’ordre d’au moins plusieurs dizaines de kilomètres pour un effet en centimètres.

Dans le siphon d’un lavabo, le sens de rotation de l’eau est dû à la géométrie du lavabo et aux microcourants d’eau créés lors de son remplissage, ou lors d’une agitation de l’eau3. II est donc possible de fausser le résultat en donnant une impulsion à l’eau, comme on peut le voir sur certaines vidéos, où l’expérience est proposée aux touristes sur l’équateur terrestre6. Culture populaire[modifier I modifier le code]

Il est mentionné dans le film Shooter, tireur d’élite lors d’un tir plus de 1 600 mètres que doit effectuer le personnage principal contre le président des États Unis. Articles connexes[modifier modifier le code] Phénomènes concernés[modifier modifier le code] Pendule de Foucault Le pendule de Foucault, du nom du physicien français Léon Foucault, est une expérience conçue pour mettre en évidence la rotation de la Terre par rapport à un référentiel galiléen. Elle s’explique par l’existence de laforce de Coriolis dans le référentiel non galiléen lié à un observateur terrestre.