Effet Magnus - Définition et Explications

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Une image illustrant l'effet Magnus sur une balle
Une image illustrant l'effet Magnus sur une balle

L’effet Magnus, découvert par Heinrich Gustav Magnus (1802-1870), physicien allemand, permet notamment d’expliquer les effets de balle dans le sport.

Quand la vitesse (On distingue :) d'un fluide (Un fluide est un milieu matériel parfaitement déformable. On regroupe sous cette...) (comme l'air) augmente, sa pression (La pression est une notion physique fondamentale. On peut la voir comme une force rapportée...) diminue, et réciproquement, comme l'indique l’équation de Bernoulli[1].

Balistique (La balistique est la science qui a pour objet l'étude du mouvement des projectiles.)

Lorsqu'une balle en rotation se déplace dans l'air (L'air est le mélange de gaz constituant l'atmosphère de la Terre. Il est inodore et...), elle va par frottement (Les frottements sont des interactions qui s'opposent à la persistance d'un mouvement relatif entre...) modifier la vitesse du courant d'air autour (Autour est le nom que la nomenclature aviaire en langue française (mise à jour) donne...) d'elle. L'effet sera dissymétrique : d'un côté la balle entraîne l'air qui accélère. De ce côté la pression diminue. De l'autre côté la balle freine l'écoulement d'air et la pression augmente. On aura donc une différence de pression et la balle va se déplacer du côté où la pression est plus faible. Selon la vitesse de rotation de la balle, la position des points où la vitesse est respectivement minimale et maximale (et donc le sens (SENS (Strategies for Engineered Negligible Senescence) est un projet scientifique qui a pour but...) de la force (Le mot force peut désigner un pouvoir mécanique sur les choses, et aussi, métaphoriquement, un...) appliquée) varie.

Cependant, on peut dire qu'en gros et par exemple, pour une rotation d'arrière en avant (axe horizontal (Horizontal est une orientation parallèle à l'horizon, et perpendiculaire à la...) perpendiculaire (En géométrie plane, on dit que deux droites sont perpendiculaires quand elles se coupent en...) au mouvement, comme une balle roulant sur le sol), la balle plongera plus vite vers le sol. Dans le sens contraire, elle sera soulevée et aura une trajectoire (La trajectoire est la ligne décrite par n'importe quel point d'un objet en mouvement, et...) plus plate, elle volera plus loin avant de toucher (Le toucher, aussi appelé tact ou taction, est l'un des cinq sens de l'homme ou de l'animal,...) le sol.

C'est cet effet qui explique par exemple la trajectoire travaillée des tirs de coups-francs au football ou l'effet plongeant d'une balle de ping-pong lors d'un smash.

Un engin comme le boomerang (BOOMERanG (acronyme de Balloon Observations of Millimetric Extragalatic Radiation and Geophysics)...) exploite des effets similaires. Voir discussion.

Inversement, l'effet Magnus (L’effet Magnus, découvert par Heinrich Gustav Magnus (1802-1870), physicien allemand, permet...) participe à l'imprécision des armes à feu (Le feu est la production d'une flamme par une réaction chimique exothermique d'oxydation...) à canon non rayé et utilisant une balle ronde : avec ces armes, au sortir du canon la balle a une rotation très variable (En mathématiques et en logique, une variable est représentée par un symbole. Elle...), et elle se comporte de façon non moins variable.

Propulsion (La propulsion est le principe qui permet à un corps de se mouvoir dans son espace environnant....) (par rotors Flettner)

L'utilisation de l'effet Magnus a été proposé pour mettre au point (Graphie) des systèmes de propulsion composés de gros cylindres verticaux en rotation capables de produire une poussée (En aérodynamique, la poussée est la force exercée par le déplacement de l'air...) longitudinale lorsque le vent (Le vent est le mouvement d’une atmosphère, masse de gaz située à la surface...) est sur le côté.

  • Buckau (rebaptisé plus tard Baden-Baden)
L'Allemand Anton Flettner fit transformer le schooner (Un schooner est un mot anglais désignant un petit voilier à deux mâts, à gréement aurique et...) trois mâts Buckau dans les chantiers Germania de Kiel (Allemagne) et acquit avec lui une première expérience avec ce principe de propulsion. Le Buckau, qui fit son premier voyage (Un voyage est un déplacement effectué vers un point plus ou moins éloigné dans un but personnel...) d'essai en 1924 équipé de deux rotors, était mû par un moteur (Un moteur (du latin mōtor : « celui qui remue ») est un dispositif...) auxiliaire à hélice (Hélice est issu d'un mot grec helix signifiant « spirale ». Un objet en forme...) par calme plat (absence de vent) et lorsque l'espace nécessaire pour louvoyer était limité. Après plusieurs essais par différentes conditions de vent, le Buckau rebaptisé Baden-Baden traversa l' Atlantique et rallia New York (New York , en anglais New York City (officiellement, City of New York) pour la distinguer de...) le 9 mai 1926.
  • Barbara
Les chantiers navals A.G. Weser de Brême construisirent pour l'armateur hambourgeois Rob. M. Sloman jr. le Barbara jaugeant 2077 tonneaux et le mirent en service le 28 juillet 1926. La marine commerciale du Reich équipa ce cargo de trois rotors Flettner pour assister le système de propulsion. Avec un vent de force 4 Beaufort, il atteignait 4 nœuds vent debout, et même 9 vent en poupe. Malgré cela, le principe de la propulsion par rotors Flettner perdit vers 1930 la course (Course : Ce mot a plusieurs sens, ayant tous un rapport avec le mouvement.) à la rentabilité face à des navires à hélice ou à voiles (Les Voiles sont l’une des 88 constellations du ciel, visible essentiellement de...) classiques.
  • Alcyone (navire expérimental de J. Cousteau)
L'océanographe Jacques-Yves Cousteau (Jacques-Yves Cousteau (11 juin 1910, Saint-André-de-Cubzac, France - 25 juin 1997, Paris), alias...) fit construire l'Alcyone au début des années 1980. Son principe est sensiblement différent (voir turbovoile). Ses deux cylindres fournissaient environ 25 à 30 % de l'énergie (Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la...) propulsive qui venait assister la propulsion par hélice. Le navire (Un navire est un bateau destiné à la navigation maritime, c'est-à-dire prévu...) fit son premier voyage en 1985.
  • Calypso II
La Calypso II devait être équipée selon Cousteau d'un véritable système de propulsion par rotors Flettner mais elle ne fut plus construite après sa mort (La mort est l'état définitif d'un organisme biologique qui cesse de vivre (même si...).
  • Uni-Kat Flensburg
Le Uni-Kat* Flensburg fut développé à l'Institut (Un institut est une organisation permanente créée dans un certain but. C'est...) de Physique (La physique (du grec φυσις, la nature) est étymologiquement la...) et Chimie (La chimie est une science de la nature divisée en plusieurs spécialités, à...) de l'université (Une université est un établissement d'enseignement supérieur dont l'objectif est la...) de Flensbourg (Allemagne) sous la houlette du Professor Lutz Fiesser dans le cadre du projet (Un projet est un engagement irréversible de résultat incertain, non reproductible a...) PROA. Le navire fut baptisé lors de la réunion (La Réunion est une île française du sud-ouest de l'océan Indien située...) Flensburg Nautics 2006.
(* Jeu de mot: Unikat signifie "pièce unique" mais le trait d'union permet de reconnaître la vraie signification: katamaran de l'université)
  • E-Ship
En 2006, la société de construction d'éoliennes Enercon commanda aux chantiers navals Lindenau-Werft de Kiel un cargo de 130 m de long équipé, en plus d'un moteur diesel (Fruit des travaux menés par l'ingénieur allemand Rudolf Diesel entre 1893 et 1897, le...), de quatre rotors Flettner. Sa mise en service est prévue pour septembre 2008.

Note

  1. le théorème de Bernoulli (Le théorème de Bernoulli qui a été établi en 1738 par Daniel Bernoulli...) ne s'applique que dans le cas d'une fluide incompressible (Un fluide est dit incompressible lorsque son volume demeure quasiment constant sous l'action d'une...), ce qui n'est pas le cas de l'air ; toutefois, il permet de comprendre simplement le phénomène
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