Comment les hélices génèrent de la poussée en utilisant la troisième loi de Newton et l’équation de Bernoulli. Analyse du design des pales et de l’angle de l’hélice.
Comment les hélices génèrent-elles de la poussée ?
Les hélices sont des dispositifs cruciaux dans de nombreux domaines, notamment l’aviation et la navigation maritime. Elles permettent de convertir l’énergie mécanique en poussée, facilitant ainsi le déplacement des avions et des bateaux. Comprendre le fonctionnement des hélices est essentiel pour ceux qui s’intéressent à la physique des fluides et à l’ingénierie thermique.
Principe de base : La troisième loi de Newton
Le fonctionnement d’une hélice repose principalement sur la troisième loi de Newton : “Pour chaque action, il existe une réaction égale et opposée. Lorsqu’une hélice tourne, elle pousse de l’air ou de l’eau vers l’arrière. En réponse, une force égale et opposée est exercée sur l’hélice, générant ainsi une poussée vers l’avant.
Fonctionnement des pales
Les pales de l’hélice sont conçues pour tirer parti des principes de pression et de débit. Chaque pale est profilée de manière similaire à une aile d’avion, avec une surface cambrée et une surface plane.
Lorsqu’une hélice tourne, les pales créent une différence de pression entre l’intrados et l’extrados, générant une force de portance perpendiculaire au mouvement de l’air ou de l’eau. Cette force de portance contribue à la poussée globale en même temps que la force de réaction mentionnée précédemment.
L’équation de Bernoulli
L’équation de Bernoulli joue un rôle crucial dans l’explication de la différence de pression créée par les pales de l’hélice. Elle est exprimée comme suit :
\( P + \frac{1}{2} \rho v^2 + \rho gh = constant \)
Où :
Selon cette équation, une augmentation de la vitesse du fluide entraîne une diminution de la pression. Lorsque l’air (ou l’eau) passe rapidement sur l’extrados courbé de la pale, la pression diminue par rapport à l’intrados. Cette différence de pression crée une force de portance, contribuant à la poussée.
L’angle de l’hélice
Un autre facteur important est l’angle de l’hélice, souvent appelé pas. Le pas de l’hélice est l’angle auquel les pales sont inclinées par rapport au mouvement de l’air ou de l’eau. Un pas plus élevé pousse plus de fluide par rotation, générant davantage de poussée, mais nécessite aussi plus de puissance pour tourner l’hélice.
Conclusion
En résumé, une hélice génère de la poussée en utilisant les principes de la troisième loi de Newton et l’équation de Bernoulli, en créant une différence de pression entre l’intrados et l’extrados de chaque pale. Le design et l’angle des pales jouent également un rôle crucial dans l’efficacité de la génération de poussée. Comprendre ces principes permet non seulement de concevoir des hélices plus efficaces, mais aussi d’améliorer la performance globale des véhicules qui les utilisent.
