Les quatre expériences que nous avons réalisées nous semblent représentatives du principe de Bernoulli et des différentes applications courantes ou phénomènes courants.

 

La feuille de papier

 

En soufflant sur la partie supérieure de la feuille de papier, qui présente une partie bombée, l’air est contraint sur son passage et s’accélère. En vertu du principe de Bernoulli, la pression baisse dans cette région. La pression atmosphérique qui s’exerce sur le dessous n’ayant pas varié, la feuille subit une force de bas en haut, qui est une force de portance, tout comme avec une aile d’avion. Ce même phénomène explique le rôle des pales d’hélicoptère (dépression au-dessus des pales) ou des hélices d’un avion à moteur (dépression sur la partie supérieure créant une aspiration vers l’avant de l’avion).

 

On souffle sur le dessus de la feuille …

 

 

… et la feuille se soulève

 

Le vaporisateur

 

Lorsqu’on souffle sur le dessus de la paille immergée dans l’eau du verre, le parcours de l’air est contraint au-dessus de la paille immergée. Il s’ensuit une accélération de l’air au-dessus de la paille, au niveau du point de contact entre les deux pailles, et donc une baisse de la pression sur la partie supérieure de la paille immergée. Ce déséquilibre de pression induit un mouvement de remontée d’eau à l’intérieur de la paille. Une fois parvenue dans la partie supérieure, l’eau est « pulvérisée » en fines gouttelettes par le souffle d’air. Ce principe est utilisé pour les pulvérisateurs (poires) à parfum, ainsi que pour les fixateurs de tableau en pastel.

Ceci explique aussi l’aération naturelle des galeries de taupes, en raison du monticule de terre soumis au vent, et également une partie du tirage des cheminées qui dépassent des toits et sont soumises au vent.

 

On souffle dans une paille sur le dessus d’une autre plongée dans l’eau

 

 

…l’eau remonte et se pulvérise en fines gouttelettes

 

 

Les deux ballons

 

L’air est soufflé avec une paille entre deux ballons et passe par une section plus étroite. La vitesse de l’air s’accroissant (effet Venturi, voir "Principe de Bernoulli") au passage des ballons, la pression diminue. Puisque la pression atmosphérique continue de s’appliquer de toutes parts sur les deux ballons, la chute de pression médiane induit un rapprochement des deux ballons.

Le même principe explique que deux immeubles proches puissent se rapprocher légèrement de par le vent qui s’engouffre et s’accélère entre les deux immeubles. On peut de même expliquer le plaquage au sol des voitures de course. Quant au mistral, ce vent provient de l’accélération du vent du nord traversant le goulot d’étranglement du sillon rhodanien entre le Massif central et les Alpes.

 

On souffle avec une paille entre les deux ballons…

 

… et les ballons se rapprochent

 

 

La balle de polystyrène

 

Une balle de polystyrène est placée dans le flux d’air incliné d’un sèche-cheveux, et se trouve dans un état d’équilibre, jusqu’à un certain angle limite. Faisons le bilan des forces qui s’exercent sur la balle :

 

1) le poids de la balle (verticale et vers le bas, mg, où est la masse de la boule)

2) la force F(A/B) qu’exerce l’air sur la balle dans la direction et le sens de l’air soufflé

Remarque: on note les vecteurs en caractère gras (pour remplacer le « fléchage »).

Puisque la balle est en équilibre, en vertu de la première loi de Newton, il existe une troisième force que nous noterons R telle que :

 

F(A/B) + P + RZ = 0

 

En l’absence de cette force, la résultante des forces serait non nulle (voir figure 2). La force RZ est dirigée perpendiculairement à l’écoulement et vers le haut. La boule est symétrique car c’est une sphère, mais en tombant elle se décentre un peu. Le flux d’air devient plus important dans la partie supérieure et cela conduit à une accélération et une baisse de pression sur le dessus de la balle. D’où cette force de sustentation qui permet à la balle de se maintenir en équilibre. Au-delà d’un angle limite (du sèche-cheveux), la force n’est plus suffisante pour maintenir la balle, et elle chute.

 

 

Figure 2 – Equilibre de la balle dans le flux d’air

 

En projetant la relation d’équilibre sur les axes et z, on obtient :

 

FA/B - mg cos θ = 0 

RZ - mg sin θ = 0

 

D’où : 

FA/B = mg cos θ et RZ = mg sin θ

 

Soit (rapport des deux relations) : 

RZ = FA/B tan θ

 

C’est la valeur de RZ qui doit permettre à la balle d’être en équilibre. Pour un angle θ nul (balle verticale dans le flux d’air), cette force est nulle. Quand l’angle augmente, la force doit augmenter en supposant que la force FA/Breste constante. Il faut donc que la balle se décentre et crée une dépression toujours croissante avec θ. Mais puisque la balle finit par chuter, c’est que cette force RZ admet bien un maximum avec l’angle. Nous décrirons cela dans le chapitre suivant.

 

La boule est soulevée par l’air du sèche-cheveux…

 

 

…et reste en équilibre dans le flux d’air incliné