Expérimentation

But de l'expérimentation

Dans le cadre de ce TPE, nous avons, à l’aide d’une expérience que nous allons vous montrer, voulu imiter le trajet de l’air autour de l’aile, et ce pour comprendre comment la portance influe sur le trajet de l’oiseau, et lui permet de planer. Mais qu’est-ce que la portance ? La portance est une force qui s’exerce sur l’extrados de l’aile. Elle s’oppose au poids, c’est-à-dire qu’elle a même origine, même direction, mais sens opposé. Elle est définie selon la formule :

Ici, nous avons plusieurs données :

• ρ : masse volumique du fluide. Celle de l’air vaut 1,2 g/L.
• S : surface de l’extrados de l'aile en m²
• V : vitesse en m/s
• Cz : coefficient de portance, dépendant de l’angle et dont la valeur varie en 0,2 et 0,7.
• Fz: portance de l’oiseau (plus précisément de son aile).

Protocole expérimental

L’expérience s’est déroulée dans une des salles de professeurs de physique au troisième étage du lycée.

Voila donc notre dispositif qui est assez simple :

Notre dispositif expérimental comprenait une soufflerie (1) permettant de simuler l’écoulement de l’air sur un profil d’aile choisi (2), qui représente la modélisation de l’aile d’un oiseau (nous en avons choisi plusieurs).

La vitesse de l’air (3) est modifiable ce qui nous permet de simuler plusieurs situations d’expérimentation différentes. La balance (4) permettait de mesurer le poids de l’aile en grammes, après avoir taré le support (5) qui tenait l’aile, ce qui nous prouvera ou pas que l’écoulement de l’air joue un rôle physique. Un anémomètre (6) permettait de mesurer la vitesse en km/h afin d’avoir une donnée qualitative du résultat. Il faut noter que chaque nouvelle mesure était faite en ne modifiant qu'un paramètre par rapport à l'aile-témoin. Néanmoins, l'un des profils ne nous permettait pas de modifier la surface indépendamment de la forme, nous avons donc dû changer ces deux variables en même temps.

Donc si l’on récapitule le matériel nécessaire, nous obtenons la liste suivante :

• Soufflerie
• Support
• Profils d’ailes
• Anémomètre
• Balance

Résultats

Voici les résultats obtenus. On rappelle que toutes les mesures étant qualitatives, aucune application numérique ne sera envisageable.

• Pour la première aile testée, utilisée comme témoin, la base de toutes nos comparaisons à venir, la balance a, une fois la soufflerie mise en marche, affiché une valeur de -2 grammes.
• En augmentant par rapport à la première mesure seul l'angle d'attaque de l'aile par rapport à l'horizontale (passant de 5°à environ 10 °), la masse affichée était de -6 grammes. On comprend aisément, même qualitativement, que cette augmentation (en valeur absolue, s'entend) est relativement forte.
• De manière similaire, le changement d'aile qui nous a conduit à en prendre une plus grande en termes de surface et au profil plus courbé a donné lieu à la même valeur : -6 grammes.
• Enfin, une accélération de la vitesse de l'air de la soufflerie a suffi à obtenir -5 grammes.

Récapitulons à présent ces résultats dans un tableau :