Prsentation PowerPoint

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TPE Force de Coriolis
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PROBLEMATIQUE
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Observation  On observe que lors dun cyclone,
les masses dair saniment dun mouvement de
rotation sans raisons apparentes. On remarque que
ce phénomène existe aussi à des échelles plus
petites, dans les lavabos où leau se met en
rotation quand elle sévacue.
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(No Transcript)
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Question  Quest-ce qui met en rotation ces
masses dair ?
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Hypothèse  On peut supposer quune force
pourrait agir à léchelle de la planète et mettre
en rotation les corps indépendant du sol.
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VERIFICATION EXPERIMENTALE
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Protocole expérimentale

• Idée de l'expérience
• La force de Coriolis croît avec la vitesse de
  rotation un moyen simple de rendre ces effets
  plus importants est donc de faire une expérience
  sur un plateau tournant assez vite. Il faut
  ensuite trouver un moyen de tracer la trajectoire
  du point dans ce référentiel.

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2. Matériel Le montage que nous vous proposons
utilise une plaque tournante , sur lequel on fixe
solidement un saladier sphérique. Le mobile sera
une bille, recouverte de craie, qui servira de
traceur pour suivre la trajectoire dans le
référentiel tournant du saladier. On
matérialisera sur le saladier un méridien, qui
servira de référence pour voir la déviation.
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• Voici donc la liste du matériel
•     Une plaque tournante 100 tours/minute
•     Un saladier  hémisphérique
•     De la poussière de craie bleue
•     Une bille métallique
•     Un feutre indélébile vert

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La figure ci-dessous décrit le montage utilisé
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(No Transcript)
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(No Transcript)
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(No Transcript)
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Résultats
On constate que la bille na pas une trajectoire
rectiligne, mais un mouvement de rotation en
forme de spirale dans le saladier. Elle ne suit
pas le méridien de référence.
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(No Transcript)
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INTERPRETATION
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On constate bien que la bille est déviée de sa
trajectoire dans le référentiel tournant. La
trajectoire en spirale un peu particulière de la
bille est due aux frottements du saladier pendant
son mouvement. Les frottements ralentissent la
bille et elle prend peu à peu un mouvement
circulaire. Sa trajectoire théorique dans un
référentiel où elle ne serait pas soumise aux
frottements serait une rosace.
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La force de frottement nest pas représentée car
elle dépend de la trajectoire de la bille
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Dans le référentiel tournant, la bille est
soumise à son poids, à la force d'inertie
d'entraînement, à la force de Coriolis, et à la
réaction du support. C'est la force d'inertie
d'entraînement qui impose à la bille de monter le
long des parois, et la force de Coriolis dévie la
bille, donnant ainsi une trajectoire en forme de
spirale.
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Trajectoire théorique de la bille dans un
référentiel tournant
Dans tous les cas, elle est déviée de sa
trajectoire par une force due à la rotation du
saladier.
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Démonstration mathématique
Soit deux référentiel et M un point, par exemple
un individu (point M) dans un train (référentiel
2) sur la terre (référentiel 1)
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On admet que
Avec V1 la vitesse de M dans le référentiel
1 V2 la vitesse de M dans le référentiel 2 Ve
la vitesse instantanée du point lié à S2 et qui
coïncide à linstant t considéré avec la position
du mobile M. Cette vitesse caractérise le
mouvement de S2 dans AXYZ cest la vitesse
dentraînement V2.
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Cette formule est obtenue après la dérivation du
vecteur AM par rapport au temps. La formule de
la dérivation est (uv) uv vu
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On dérive une deuxième fois par rapport au temps
pour obtenir laccélération ?. Finalement, on
obtient ?e est laccélération du point
coïncidant qui caractérise le mouvement du solide
S2 dans AXYZ, cest laccélération
dentraînement. ?c est accélération
complémentaire ou accélération de Coriolis
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CONCLUSION
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On a démontré quune force met en mouvement tout
corps inerte non fixé au sol. Cette force, la
force de Coriolis, explique la rotation des
nuages observés sur les images.
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Cependant, leau évacuée dans les lavabos est une
exception ce nest pas la force de Coriolis qui
la met en rotation, car les forces de frottements
de la paroi sont supérieures à la force de
Coriolis, en effet la moindre irrégularité de
surface entraîne une force supérieure à la force
de Coriolis, autorisant ainsi le tourbillon à
tourner dans le sens qu'il veut (ce sens
dépendant essentiellement de ce que l'eau n'est
jamais totalement au repos, mais a un sens de
rotation privilégié qui sera amplifié par le
tourbillon).
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Par contre, si on considère un très grand
récipient, avec de l'eau initialement bien au
repos, alors on peut mettre en évidence
l'existence d'un sens de rotation privilégié
suivant l'hémisphère.