"Tartaglia, Zigzag & Flips" : les particules denses à haut Reynolds

par Baptiste Darbois Texier

Thèse de doctorat en Physique théorique

Sous la direction de David Quéré et de Christophe Clanet.

Soutenue en 2013

à Paris 7 .


  • Résumé

    Ce travail expérimental porte sur les trajectoires des balles de sport. Ces projectiles denses son régulièrement lancés dans l'air à plusieurs centaines de kilomètres par heure. Dans cette situation, les trajectoires des balles sont sensibles au fluide qui s'écoule autour d'elles à haut nombre de Reynolds (Re>1000). Le premier effet envisagé est la résistance de l'air à l'avancement du projectile. Cette friction fluide donne lieu à des trajectoires dissymétriques vis-à-vis de leur sommet qui n'ont aucun rapport avec la parabole gravitaire. Ce type de trajectoire est particulièrement visible au badminton lors des dégagés de fond de court. Le premier à avoir dessiné de telles courbes fût Niccolo Tartaglia en 1537 en observant les trajectoires des boulets de canon. Mais l'air n'est pas uniquement un frein au mouvement des balles. Lorsque celles-ci possèdent' une rotation propre, l'effet Robins-Magnus produit une force transverse au mouvement de la balle et courbe sa trajectoire. Des forces aérodynamiques transverses existent également lorsque la balle ne tourne pas sur elle-même. En effet, la nature turbulente de l'écoulement du fluide autour d'une particule sphérique engendre des forces latérales possédant une dépendance temporelle complexe. Ceci produit des trajectoires en zigzag que l'on observe exceptionnellement au volleyball, football et baseball. Ensuite, le cas des balles non sphériques a été envisagé. De telles balles ont été introduites au rugby, au football américain et au badminton. Les volants possèdent la propriété de s'aligner le bouchon en avant ce qui les oblige à se retourner après chaque impact avec la raquette. Cette phase de "flip" est due à la répartition non homogène de la masse dans le volant.

  • Titre traduit

    "Tartaglia, Zigzag and Flips" : dense particles at High Reynolds number


  • Résumé

    This experimental work deals with sports balls trajectories. Those dense projectiles are launchec in air at several hundred kilometers per hour. In this situation, bail trajectories depend on the fluid flow around them which occurs at high Reynolds number (Re>1000). The first effect we consider is the fluid drag. This friction give rise to trajectories very different from parabola which are non symmetric toward the top. This kind of trajectories happen in badminton for high clears. Nicollo Tartaglia was the first to draw those curves observing the canon balls trajectories. However, air is not only a brake to particles progress. When balls spin, the Robin-Magnus effect produces a lateral force and curves the trajectory. Lateral aerodynamic forces also exist when the bail has no spin. The turbulent behavior of the flow around a spherical particle provides lateral forces with complex temporal dependency. This induces zigzag trajectories which are occasionally observed in volley, soccer and baseball. This erratic motion disturbs the experiments of vertical falls as the ones of eastwards deviations of falling bodies done to prove Earth's rotation. Then, the case of non spherical balls are considered. Such balls are used in rugby, football and badminton. Shuttiecocks have the propriety to fly the nose ahead which oblige them to flip after each racket impact. This flipping phase is due to the non homogeneous mass repartition inside shuttlecock. Finally, we study the motion of a fluid particle with the particular case of a Leidenfrost liquid ring. A such object is created by approaching an annular magnet from a paramagnetic liquid oxygen drop. The closing dynamics of this non wetting ring is described with by the way of a potential flow approach.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (178 p.)
  • Annexes : 154 réf.

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  • Bibliothèque : Université Paris Diderot - Paris 7. Service commun de la documentation. Bibliothèque Universitaire des Grands Moulins.
  • PEB soumis à condition
  • Cote : TS (2013) 283
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