La portance
Qu'est ce que la portance ?
Lorsque le grèbe marche sur l’eau, il déploie ses ailes.
Ces dernières sont très importantes, et jouent un rôle capital dans le maintien de l’oiseau à la surface de l’eau.
En effet, une force apparait : la portance.
La portance aérodynamique est la force subie par un corps en mouvement dans l’air qui s'exerce, perpendiculairement à la direction du mouvement.
Le phénomène de portance aérodynamique est expliqué par la variation de vitesses du fluide, entre l'intrados et l'extrados
(voir schéma de l'aile).
En effet, les particules parcourant l'intrados vont plus vite que celles de l'extrados, du fait de la plus faible distance à parcourir.
Cette différence de vitesse provoque une variation de pression et ainsi se crée la portance, comme nous le voyons sur le schéma ci-dessous.
Schéma illustrant la différence de vitesse entre l’air parcourant l’intrados et l’extrados.
Portance
Poids
Schéma illustrant la force de portance s’opposant verticalement à celle du poids
Fz =1/2* ρ*S*V²*Cz
La portance est donnée par le calcul suivant :
Correspondance des lettres :
Fz: portance (en Newton)
ρ : masse volumique du fluide (en Kg/m3 (ici l'air))
S : Surface de l'aile (en m²)
V : vitesse (en m/s)
Cz : coefficient de portance (sans unité)
Les données :
La masse volumique du fluide ρ, ici de l'air :
ρ=1.225 Kg/m3
L'obtention de données concernant le grèbe huppé est difficile.
Pour effectuer le calcul, nous nous sommes donc basés sur des moyennes:
-
Pour la vitesse de l'oiseau V, d'après un article de The Journal of Experimental Biology, nous avons appris que le grèbe pouvait courir sur une distance allant de 5 à 20 mètres, pendant 4 à 7 secondes grâce au mouvement particulier de ses pattes.
Avec ces données nous mettons en place la relation vitesse nommée V, temps(t), distance(d):
V=d/t
Nous avons calculé la vitesse moyenne du grèbe et nous avons trouvés
V≈ 2,42m/s
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Pour le coefficient de portance Cz, sachant que pour les oiseaux il varie entre 0.2 et 0.7, nous prenons la valeur moyenne:
Cz=(0.2+0.7)/2 =0.45
-
Pour la surface de l'aile S, nous utilisons de nouveau une approximation en nous basant sur la taille (60cm) et l'envergure de l'oiseau (90cm):
S≈1m²
Calcul de la portance:
Fz=1/2*1.225*1 *2.42²*0.45
Fz=1.6N
Il nous faut maintenant calculer le pourcentage de poids gagné:
Sachant que la masse moyenne d'un grèbe est de 950g, son poids est d'environ 9.32N.
Le pourcentage F gagné sur son poids initial:
F=(1.6*100)/9.32
=17.2%