Mécanique des fluides des balles de sport

1

Mécanique des fluides des balles de sport

Contepomi

F. Gallaire

Laboratoire de mécanique des fluides et instabilités

EPFL

2

poids

Une balle qui tombe

3

traînée

poids

Une balle qui flotte

équilibre des forces

4

traînée

poids

Une balle qui ne devrait pas flotter

déséquilibre des forces?

5

traînée

poids

portance

�Effet Magnus

6

traînée

poids

portance

�Effet Magnus

7

Effet Magnus

?

8

Effet Magnus

?

9

Le fluide préfère passer en A qu’en B

V(A)>V(B)

Entraînement + conservation du débit

10

vitesse +

- vitesse

poids

traînéeportance

Entraînement + conservation du débit

11

Vitesse d’une particule fluide

V

Vitesse = fluctuation + vitesse moyenne

U = v + V

U

340 m/s

12

Conservation de l’énergie

L’aspirisouffle de Jean-Pierre Petit,

http://www.savoir-sans-frontieres.com/

13

La pression

14

15

pression

pression

vitesse +

- vitesse

poids

traînéeportance

16

Effet Magnus

?

17

Effet Magnus

?

18

Effet Magnus

19Garcia & Chomaz

Tangente fluide

20

21L’Alcyone

Le Baden Baden

22

Avion à ailes tournantes

23

Trajectoires pour une vitesse initiale de 10m/s;

c'est l'angle de tir qui varie

Trajectoire parabolique

24

Corner rentrant

tir brossé avec rotation verticale du ballon

plan de tir

plan de tir

25

Tirer un coup franc

����������������

����

������������

ballon

Flux d’air

portance

26

27

Tirer un coup franc

����������������

����

������������

ballon

Flux d’air

portance

28

Trajectoire liftée

29

30

31

Trajectoire liftée

32

Lift au tennis Vo=30m/s angle18°

Sans lift

lift

net

Trajectoire liftée

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Coupé au tennis Vo=5m/s angle 60°

Sans slice

slice

Trajectoire coupée (slicée)

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Quel lien avec la recherche actuelle?

Les caméras rapides modernes et le traitement

d’images permettent de regarder

l’aérodynamique des balles de sport de plus près

Thèse de B. Darbois-Texier (LadHyX, Paris)

collaboration avec le laboratoire LFMI à l’EPFL

pour la mesure des coefficients aérodynamiques

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Dégagement de gardien

Effet de la rotation arrière au football

36

Trajectoire parabolique?

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basket badminton

dt=40ms

Ballon de Baudruche

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Impression d’un mur aérodynamique:

La portée sature malgré l’augmentation de la

vitesse de frappe

Tartaglia vs. Galilée

39

P+ P-

40

La traînée résulte d’une aspiration arrière

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C’est aussi le cas pour les voitures

Ecoulement décollé autour d’un cylindre

Distribution de pression

Coefficient de traînée

43

Effet de la traînée

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La traînée est “constante” pour les vitesses

des balles de sport (103<Re<106)

45

Effet de la traînée

46

Vitesse limiteLongueur

aérodynamique

Accélération Gravité Traînée aéro

Lancers lents : U0<<U∞

47

Accélération Gravité Traînée aéro

Cas classique de la parabole

Lancers rapides : U0>>U∞

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Accélération Gravité Traînée aéro

Première phase en décélération rectiligne

Lancers rapides : U0>>U∞

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Accélération Gravité Traînée aéro

Deuxième phase en chute verticale à U∞

Formule approchée de la portée

50

Darbois-Texier, Cohen, Clanet et Quéré (2013)

Formule approchée de la portée

L’effet “mur aérodynamique” vient du log!

Angle optimal de tir

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Volant de badminton

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Différence entre volant en plume et volant

en plastique

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Les coefficients de traînée sont comparables

55

Le volant est en rotation!

56

La rotation diminue la traînée

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plastique

plume