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Effet du vent sur une trajectoire

Posté par
pelican78
22-05-22 à 15:52

Bonjour,
Quand on étudie la chute d'une goutte de pluie, nous prenons en compte seulement le poids, les frottement de l'air mais quand il y a du vent, la trajectoire de la goutte d'eau est bien déviée, à quoi correspond donc la force exercée par le vent sur la goutte de pluie ?

Posté par
vanoise
re : Effet du vent sur une trajectoire 22-05-22 à 17:00

Bonjour

Une goutte de pluie en tombant se déforme et ne reste pas sphérique. Pour ne pas compliquer trop le problème, je préfère imaginer la chute d'une petite bille sphérique de rayon R. L'expression de la force exercée par l'air en présence de vent est la même qu'en absence de vent à condition de remplacer dans la formule la vitesse de la goutte par rapport à la terre par la vitesse par rapport à l'air, ce que l'on appelle la vitesse relative.

La force exercée par l'air sur la bille s'écrit :

\overrightarrow{F}=-\frac{1}{2}\rho_{air}.\pi.R^{2}.C_{x}.\Vert\overrightarrow{V_{bille/vent}}\Vert.\overrightarrow{V_{bille/vent}}

Avec :

\overrightarrow{V_{bille/vent}}=\overrightarrow{V_{bille/terre}}-\overrightarrow{V_{vent/terre}}

La vitesse de la bille par rapport à la terre étant habituellement notée simplement \overrightarrow{V}, cela donne :

\overrightarrow{F}=-\frac{1}{2}\rho_{air}.\pi.R^{2}.C_{x}.\Vert\overrightarrow{V}-\overrightarrow{V_{vent/terre}}\Vert.\overrightarrow{V}+\frac{1}{2}\rho_{air}.\pi.R^{2}.C_{x}.\Vert\overrightarrow{V}-\overrightarrow{V_{vent/terre}}\Vert.\overrightarrow{V_{vent/terre}}

Cela fait apparaître, comme intuitivement attendu, une force horizontale supplémentaire qui tend à dévier la trajectoire de la verticale suivant la direction et le sens de la vitesse du vent par rapport à la terre.

Posté par
pelican78
re : Effet du vent sur une trajectoire 22-05-22 à 18:26

Ok merci beaucoup!

Posté par
vanoise
re : Effet du vent sur une trajectoire 23-05-22 à 17:11

Pour illustrer cette déviation, voici une simulation faite pour la chute sur une hauteur de 20m d'une balle de golf avec un vent soufflant dans la direction et le sens de l'axe des x à la vitesse de 20km/h. Une première représentation de la trajectoire dans un repère orthonormé montre la faible déviation relative puis une autre représentation avec une échelle horizontale très dilatée montre de façon plus détaillée l'évolution de la déviation au cours de la chute. On constate que la déviation par rapport à la verticale à l'arrivée au sol est d'environ 58cm.

Effet du vent sur une trajectoire

Effet du vent sur une trajectoire



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