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L'effet Magnus: la physique derrière le plier comme Beckham

L'effet Magnus: la physique derrière le plier comme Beckham

Vous êtes-vous déjà demandé comment les joueurs de football sont capables de plier le ballon comme ils le font? Peut-être avez-vous remarqué comment d'autres objets solides en rotation semblent se déplacer comme par magie sur le côté lorsqu'ils tombent? Pourquoi est-ce? Tout se résume à la merveille de l'effet Magnus.

Dans cet article, nous verrons rapidement de quoi il s'agit et comment vous pouvez le voir en action. Nous allons également vous montrer quelques applications intéressantes de l'effet en technologie.

Et c'est parti.

Alors c'est quoi?

Contrairement à la croyance populaire, l'effet Magnus ne porte pas le nom du journaliste islandais et ancien présentateur de Mastermind Magnus Magnusson. Ok, j'ai inventé ça, il porte bien sûr le nom du physicien et chimiste allemand H.G. Magnus.

En 1853, Magnus a décidé d'étudier expérimentalement l'effet étrange de la déviation des projectiles des armes à feu telles que les canons à canon lisse. Typiquement en science, il n'a pas été le premier à le décrire. Isaac Newton, en 1672, a correctement déduit l'effet après avoir observé des joueurs de tennis à Cambridge.

De même, Benjamin Robins, un mathématicien britannique, chercheur en balistique et ingénieur militaire, a également réussi à expliquer les déviations des trajectoires des balles de mousquet à cet effet.

La controverse mise à part, tous ces scientifiques éminents, et non Magnus Magnusson, ont compris ce qui se passait exactement. L'effet Magnus est une génération d'une force latérale ou perpendiculaire sur un objet cylindrique ou sphérique en rotation immergé dans un fluide (gaz ou liquide).

Cela s'applique uniquement lorsqu'il y a un mouvement relatif entre l'objet en rotation et le fluide. Vous le verrez en action chaque fois que vous regardez des matchs de football ou que vous regardez des joueurs de tennis servir.

Lorsque l'objet en rotation se déplace à travers un fluide, il s'écarte ou s'écarte d'une trajectoire rectiligne. Des différences de pression et de débit d'air se développent lorsque l'objet traverse le fluide en raison des changements de vitesse induits par l'objet en rotation.

L'effet Magnus est, en fait, un cas particulier du principe de Bernoulli qui stipule qu '"une augmentation de la vitesse d'un fluide se produit simultanément avec une diminution de la pression ou une diminution de l'énergie potentielle du fluide".

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Regardons un exemple

Prenons l'exemple d'une balle qui tourne dans les airs. La balle "traîne" une partie de l'air autour d'elle pendant qu'elle tourne. Du point de vue du ballon, l'air passe de tous côtés. La rotation du côté d'attaque de la balle se transformant en flux d'air «tire» ou dévie l'air dans le sens de la rotation.

L'air voyageant dans le sens inverse de la rotation est séparé de la balle, comme vous vous en doutez. Le résultat net signifie que l'air est entraîné dans la direction de la rotation avec la balle «poussée» dans la direction opposée. Ceci est généralement perpendiculaire à la trajectoire de l'objet en rotation.

Cela provoque une déviation de l'objet dans une arche notable loin du chemin attendu. La vidéo suivante de Veritasium montre cet effet dans toute sa splendeur.

Exemples et applications du monde réel sympas de l'effet Magnus

Vous pouvez voir l'effet Magnus tout autour de nous, cela nous excite ou nous dérange souvent (enfin si vous êtes un fan de sport). Cela a aidé à arracher la victoire à la défaite dans les dernières minutes des jeux de balle ou peut-être même à sauver la vie de votre ancêtre sur le champ de bataille dans le passé. Ou bien sûr, vice versa. Ses effets ont également suscité des projets vraiment ambitieux qui pourraient apporter des améliorations fantastiques en matière d'efficacité énergétique ou de nouveaux modes de transport.

Jetons un coup d'œil à certains d'entre eux.

Navires à rotor Flettner

Ressemblant à quelque chose qu'un enfant pourrait bricoler à partir de maquettes de navires et de pailles, ces fantastiques navires utilisent de grands cylindres rotatifs verticaux pour fournir une méthode potentielle de propulsion pour les navires océaniques. Ces navires, construits pour la première fois par l'ingénieur allemand Anton Flettner, utilisent des voiles à rotor propulsées par des moteurs pour profiter de l'effet.

Flettner a appliqué sa technologie pour construire le premier navire à propulsion Magnus Effect, le Buckau. Le navire avait l'air un peu étrange mais c'était une fantastique application "hors des sentiers battus" de la théorie. Enercon GmbH l'utilise aujourd'hui sur son navire E1.

Le Buckau, le Flettner Rotor Ship, photographié en 1924 [Source de l'image: Wikimedia Creative Commons]

Avions - Rotor Wing

Les applications ne sont pas exclusives à la haute mer. Les inventeurs ont également essayé d'en tirer parti dans les machines volantes.

Les ingénieurs ont essayé de voir si la portance peut être générée à partir des cylindres rotatifs lorsqu'ils sont placés sur les bords d'attaque des ailes. En théorie, cela permettrait de voler à des vitesses horizontales inférieures. L'une des premières tentatives en ce sens remonte à 1910 par Butler Ames. Ames était un membre du Congrès américain qui a construit un avion plus lourd que l'air.

Aujourd'hui, l'iCar 101 Ultimate est un projet proposé utilisant des rotors Flettner dans une conception d'avion routier pour combiner compacité et potentiel de portance accru, plutôt cool.

Le Plymouth A-A-2004, avion à rotor Flettner[Source de l'image: Wikimedia Creative Commons]

Joue la comme Beckham

L'effet Magnus aide à expliquer les observations courantes observées dans les sports de balle. Cela fournit généralement des tours, des tirs ou des balles courbes fantastiques dans les trajectoires de balles de sport. Vous le remarquerez le plus dramatiquement dans le football. De bons exemples incluraient des buts ou des coups francs tirés de Ronaldo ou bien sûr de David Beckham.

Fait intéressant, il y a eu une controverse en 2010 lors de la coupe du monde de la FIFA. L'effet Magnus a provoqué quelques critiques du ballon de match pendant ce tournoi. L'argument veut que les balles aient moins de contrôle, mais ont volé plus loin.

Les lanceurs de baseball profitent également souvent de ce phénomène. Au fur et à mesure qu'ils tanguent, ils donnent différents tours à la balle, ce qui la fait courber dans la direction souhaitée. La Major League Baseball utilise le système PITCHf / x pour mesurer le changement de ces trajectoires à tout moment.

Armes à projectiles

Toute balle en rotation est également à la merci de cet effet pendant le vol. Bien que moins important par rapport à la gravité, aux vents de travers ou à la résistance de l'air, l'effet Magnus joue néanmoins son rôle. Même par temps complètement calme, le projectile souffrira de petites composantes latérales du vent, inclinant légèrement le nez de la balle hors de la direction de déplacement. La balle «dérape» efficacement dans les airs. Ce lacet crée des forces d'effet Magnus qui affectent la trajectoire verticale de la balle et modifient son point d'atterrissage / impact final prévu.

Sources:Britannica

Voir la vidéo: How does a Knuckleball Work? The Science of the Knuckleball (Décembre 2020).