Grand oral sur Le concorde

« Grand Oral - Comment les forces aérodynamiques, les principes de la mécanique des fluides et les lois de Newton interagissent-ils pour permettre le vol d'un avion, et comment ces phénomènes physiques expliquent-ils la vitesse supersonique du Concorde ? mes sujets de grand oral | maths et physique (youtube.com) Introduction Mesdames et Messieurs, Aujourd'hui, je vous invite à plonger dans le monde fascinant de l'aviation, où les forces aérodynamiques, les principes de la mécanique des fluides et les lois de Newton se combinent pour permettre le vol des avions.

Nous explorerons également comment ces phénomènes physiques ont permis au légendaire Concorde de franchir le mur du son et de voler à des vitesses supersoniques. Le principe de voler a toujours été un exploit incroyable pour l'humanité, et comprendre les forces qui le rendent possible est essentiel pour apprécier pleinement cette réalisation.

En effet, le simple fait de décoller du sol et de planer dans les airs nécessite une compréhension profonde de la physique et de l'aérodynamique. Dans cette présentation, nous allons d'abord examiner comment les forces aérodynamiques agissent sur un avion en vol, puis nous plongerons dans les principes de la mécanique des fluides pour comprendre le comportement de l'air autour des ailes.

Enfin, nous verrons comment les lois fondamentales de Newton expliquent le mouvement de l'avion dans le ciel. Mais avant tout, intéressons-nous au Concorde, un symbole de l'ingénierie aéronautique, et voyons comment ces mêmes principes physiques ont permis à cet avion de défier les limites de la vitesse. Le Concorde, avec son nez effilé et ses ailes élégamment profilées, était bien plus qu'un simple avion de ligne.

Il représentait une prouesse technologique, capable de transporter ses passagers à Mach 2, soit deux fois la vitesse du son, à une altitude de plus de 18 000 mètres. Mais comment le Concorde a-t-il réussi cet exploit ? C'est ce que nous allons découvrir. Sans plus attendre, plongeons-nous dans les profondeurs de l'aérodynamique et des lois physiques qui permettent aux avions de voler, et découvrons ce qui rend le Concorde si unique dans l'histoire de l'aviation. I – Les forces et principes de mécaniques des fluides La force de portance, qui est essentielle pour maintenir un avion en vol, est générée par deux principes fondamentaux de la mécanique des fluides. Le premier principe est la conservation du débit volumique, ce qui signifie que le débit d'air qui passe au-dessus et en dessous de l'aile est constant.

Pour comprendre cela, imaginons que l'aile est divisée en deux parties égales, une partie supérieure et une partie inférieure.

Comme l'avion avance, l'aile est conçue de telle manière que la distance parcourue par l'air au-dessus de l'aile est plus grande que celle parcourue en dessous.

Ainsi, pour que le débit volumique reste constant, les particules d'air doivent se déplacer plus rapidement au-dessus de l'aile que en dessous. Le deuxième principe est l'équation de Bernoulli, qui stipule que la pression d'un fluide diminue lorsque sa vitesse augmente.

Appliqué à l'aile d'un avion, cela signifie que la vitesse de l'air est plus élevée au-dessus de l'aile que en dessous.

Par conséquent, la pression de l'air au-dessus de l'aile est plus faible que en dessous.

On obtient ainsi une différence de pression entre le dessous et le dessus de l'aile, créant une force ascendante, la force de portance. Cette force de portance s'oppose à la force de gravité ou poids de l'avion, qui tire vers le bas. C'est cette force de gravité qui tendrait à faire chuter l'avion si elle n'était pas compensée par la force de portance. En plus de la force de portance et du poids, il y a également la résistance de l'air.

Lorsque l'avion avance, il rencontre une résistance de l'air, qui est un peu comme les frottements qui ralentissent l'avancée de l'avion.

C'est ce qu'on appelle la traînée.

Les concepteurs d'aéronefs travaillent à réduire cette traînée autant que possible pour rendre l'avion plus efficace. Enfin, la force motrice, générée par les moteurs de l'avion, est ce qui propulse l'avion vers l'avant.

C'est la force produite par la poussée des moteurs qui permet à l'avion d'avancer dans l'air. En résumé, l'interaction entre la force de portance, le poids, la résistance de l'air et la force motrice est ce qui permet à un avion de voler.

La force de portance, générée par les principes de la mécanique des fluides, est particulièrement cruciale pour maintenir l'avion en l'air, en contrecarrant la force de gravité.

Et c'est grâce à cette force de portance que des avions comme le Concorde ont pu voler à des vitesses supersoniques, défiant ainsi les limites de la vitesse aérienne. II – Les lois de Newton Examinons plus en détail les forces impliquées dans un vol stable et lors du décollage de l'avion. Pendant un vol stable, l'avion se déplace en ligne droite à une vitesse constante, ce qui signifie qu'il est en mouvement rectiligne uniforme.

Conformément à la première loi de Newton, également connue sous le nom de principe d'inertie, un objet en mouvement rectiligne uniforme est soumis à des forces qui se compensent, ce qui signifie que la somme des forces agissant sur lui est nulle. En regroupant les forces selon leur direction (verticale et horizontale), nous pouvons établir un système d'équations pour déterminer la vitesse de vol stable et la force motrice nécessaire pour la maintenir.

La masse de l'avion apparaît dans le numérateur, ce qui signifie qu'une augmentation de la masse nécessiterait également une augmentation correspondante de la force motrice pour maintenir.... »