Portance du profil aérodynamique  : le principe de Bernoulli sur une aile

1 · Prédire

L'air circule plus rapidement sur le dessus incurvé d'un profil aérodynamique que sous celui-ci. Selon le principe de Bernoulli, quelle surface a la pression la plus faible — et qu'est-ce que cela signifie pour l'aile ?

2 · Configurer

  1. Ouvrez le préréglage Fluid-Wing et appuyez sur Réinitialiser. L'air circule sur une section transversale du profil aérodynamique  ; le chemin vers la surface supérieure est plus étroit que vers le bas, donc l'air accélère au-dessus.
  2. Activez les lectures de vitesse en surface supérieure et de différence de pression.
  3. ... les lectures de vitesse à la surface supérieure et de différence de pression.

3 · Collecter les données

Zone du chemin inférieur A₁ (m²)Zone du chemin supérieur A₂ (m²)Vitesse de l'air d'entrée v₁ (m/s)Vitesse à la surface v₂ (m/s)Différence de pression ΔP (haut − bas) (Pa)
6.00e-43.00e-422.00
6.00e-43.00e-430.00
6.00e-44.00e-425.00

Tracez la différence de pression ΔP (axe y) par rapport à la vitesse de surface supérieure v₂ (axe x) pour vos trois essais.

4 · Analyser

  1. Pour un essai, calculez v₂ = A₁v₁/A₂ à partir de la continuité, puis ΔP = P_haut − P_bas = ½ρ_air(v₁² − v₂²) en utilisant la densité de l'air 1.225 kg/m³. Comparez les deux aux lectures — ΔP est négatif car l'air plus rapide au-dessus du dessus se trouve à une pression plus basse, et c'est ce qui soulève l'aile.
  2. La différence de pression ici est beaucoup plus petite en Pa que dans l'expérience fluide-venturi pour des vitesses similaires. Expliquez pourquoi, en utilisant la valeur de densité dans l'équation de Bernoulli.

5 · Approfondir

  1. ... « temps de transit égal » à propos de la portance pourrait-elle être trompeuse ?
  2. La densité de l’air diminue à haute altitude. En utilisant ΔP = ½ρ_air(v₁² − v₂²), expliquez pourquoi une aile doit se déplacer plus rapidement dans l'air raréfié à haute altitude pour générer la même portance qu'elle le ferait au niveau de la mer.

La physique derrière cette expérience

Équation de continuité

Pour un fluide incompressible, le débit (surface × vitesse) est conservé le long d'un courant  : A₁v₁ = A₂v₂. Le chemin plus étroit au-dessus du profil aérodynamique oblige l’air à se déplacer plus rapidement.

Équation de Bernoulli (air)

Le long d'une ligne de courant horizontale, P + ½ρv² reste constant.

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Fluides

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