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 La force de Coriolis

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azur84
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MessageSujet: La force de Coriolis   Mer 14 Nov 2012 - 18:54

Pourquoi les nuages s'enroulent-ils toujours dans le même sens autour des cyclones ? Les lavabos se vident-ils dans des sens opposés à l'Hémisphère Nord et à l'Hémisphère Sud ? Et à l'équateur ? Le nom de « force de Coriolis » est généralement associé à ces problèmes, mais les mécanismes détaillés de ces phénomènes restent la plupart du temps méconnus.

La force de Coriolis n'est pas une force liée à une interaction physique mais juste une « astuce de calcul » liée au changement de point de vue d'observateur qui exprime, en quelque sorte, que la Terre « bouge sous un projectile » pendant son mouvement. Elle n'est certes pas une « vraie » force, mais il faut néanmoins en tenir compte dès que l'on étudie un mouvement dans un référentiel tournant ! Dans les parties qui vont suivre, nous allons établir sa forme mathématique puis en déduire les effets sur les mouvements de corps sur la Terre.



Lorsqu'on étudie un mouvement, il faut définir des positions et des vitesses. Pour cela, il faut savoir par rapport à quoi on définit ces grandeurs. Par exemple, une personne qui se promène dans le sens de la marche dans un train lancé à 150 km/h a une vitesse de 5 km/h par rapport au train, mais de 155 km/h par rapport au sol. Compte-tenu du mouvement de la Terre autour du Soleil, sa vitesse sera aussi 30 km/s par rapport au Soleil.

Dans le cas qui nous intéressera plus loin, les référentiels dont nous nous servons sont les référentiels terrestres, définis par un point de la surface de la Terre, et trois directions fixes pour un observateur placé en ce point, par exemple la verticale, l'Est et le Nord. Un tel référentiel est en rotation par rapport au centre de la Terre. Il va donc nous falloir étudier les référentiels en rotation, cas particuliers de référentiels non-galiléens.
Comme tout le monde l'a déjà expérimenté dans une voiture prenant un virage par exemple, on subit dans un référentiel tournant une force qui pousse vers l'extérieur, communément appelée « force centrifuge » : c'est une force d'inertie, due à aucune interaction physique. Elle est l'analogue pour le référentiel tournant de la force d'inertie. Elle explique par exemple pourquoi les planètes tournent autour du Soleil sans « tomber » dessus : pour les planètes (de même pour les satellites naturels ou artificiels qui tournent autour de la Terre), la force centrifuge compense exactement le force de gravitation).



Déviation vers la droite (Hémisphère Nord)Le phénomène de déviation vers la droite (vers la gauche dans l'Hémisphère Sud, mais on se placera au Nord dans toute la suite) est sans doute la cause des effets les plus connus dûs à la force de Coriolis. Il est notamment à l'origine du sens d'enroulement des nuages autour des anticyclones et dépressions, comme on va le voir plus loin. L'idée de base est simple : pour un objet lancé horizontalement à vitesse constante V, par exemple un obus, la force de Coriolis est perpendiculaire à V et orientée vers la droite vue du l'obus

source : planete-terre
J.N Boyd and P.N. Raychowdhury, Coriolis acceleration without vectors , Am.J.Phys. 49(5), p498, 1981. doi:10.1119/1.12493.
G.I. Opat, The precession of a Foucault pendulum viewed as a beat phenomenon of a conical pendulum subject to a Coriolis force, Am.J.Phys. 59(9), pp822-823, 1991. doi:10.1119/1.16729.
P. Mohazzabi, Free fall and angular momentum , Am.J.Phys. 67(11), pp1017-1020, 1999. doi:10.1119/1.19163.
P. Causeret, Lavabo, Coriolis et rotation de la Terre, CC 88 Hiver 1999-2000, pp 11-14
M.S Tiersten and Harry Soodak, Dropped objects and other motions relative to the noninertial earth , Am.J.Phys. 68(2), pp129-142
A.G Schmidt, Coriolis acceleration and conservation on angular momentum , Am.J.Phys. 54(Cool, pp 755-757
J. Walker, « Le carnaval de la physique », édition Dunod, 1997. ISBN-13: 978-2100034796.
I. Berkes, « La physique de tous les jours », édition Vuibert, (6ème édition) 2006. ISBN-13: 978-2711771677.


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