Expérience sur les forces d'inertie

Vincent Daniel

École Normale Supérieure de Lyon

Benoît Urgelli

ENS Lyon / DGESCO

Benoît Urgelli

ENS Lyon / DGESCO

28/06/2000

Résumé

Expérimentation sur les forces d'inertie à l'aide d'un saladier et d'un tour de potier, mise en évidence d'une déviation de trajectoire ("force de Coriolis").


Introduction

Cette expérience met en jeu les deux forces d'inertie que sont la force d'inertie d'entraînement et la force d'inertie de Coriolis . Avant de lire cette page, nous vous conseillons de consulter le dossier suivant qui donne une bonne introduction aux forces d'inertie : Mouvement des enveloppes fluides - Atelier 1 : Travail sur une carte d'analyse en surface - Vent géostrophique.

Le principe de l'expérience

Cette expérience se déroule en référentiel tournant. Pour cela, nous prenons un tour de potier qui peut être mis en rotation dans les 2 sens. La vitesse de rotation du saladier doit être d'au moins 1 rad/s.

Le système d'étude est constitué d'une bille qui peut se déplacer sur la surface d'un saladier solidaire du tour de potier. La bille est enduite de miel coloré à l'encre bleu afin de pouvoir étudier sa trajectoire une fois l'expérience réalisée.

La bille placée au centre du saladier en rotation remonte radialement la paroi du saladier sous l'effet de la force d'inertie d'entraînement. Une fois que la bille acquiert une vitesse non nulle par rapport au saladier, la force d'inertie agit et dévie la bille vers la droite (rotation du tour de potier dans le sens de rotation de la Terre).

L'action de ces 2 forces est résumée sur le schéma ci-dessous.


La réalisation pratique

Cette expérience nécessite le matériel suivant.

Les résultats de l'expérience

Cette expérience montre la déviation vers la droite dans un référentiel en rotation dans le sens direct (sens inverse des aiguilles d'une montre) et vers la gauche dans le sens indirect. Il suffit donc de visualiser la trajectoire de la bille sur le saladier. On peut au préalable tracer un rayon sur le saladier et placer la bille initialement sur le rayon afin de mieux voir la déviation. Si l'on dispose d'un dispositif permettant de faire varier la vitesse de rotation, on montre que la force de Coriolis croît avec la vitesse de rotation.

Figure 6.  Déviation à droite, rotation dans le sens direct

Déviation à droite, rotation dans le sens direct

Figure 7.  Déviation à gauche, rotation dans le sens indirect

Déviation à gauche, rotation dans le sens indirect

L'expérience filmée

Modélisation de l'effet Coriolis

Durée ~ 5min20s.