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créé janvier 2003 - à jour avril 2005

Vortex et Tourbillons



En fait, pour mieux comprendre encore, on a besoin de la notion de Vortex.
Le Vortex est aussi connu sous le nom de "Tourbillon".

Manips pour visualiser des tourbillons
 Les tourbillons de vidange sont les plus connus, on les obtient en vidant le lavabo ou la baignoire et en imprimant lors de l'ouverture de la bonde un léger mouvement de rotation à l'eau. Contrairement à l'idée reçue, le sens de rotation de ce tourbillon de vidange ne dépend pas de l'hémisphère dans lequel on se trouve. En effet, le départ de l'eau a pour conséquence une amplification du mouvement de rotation, une légère rotation est donc amplifiée au cours de la vidange. Cette légère rotation initiale a plus de chance de provenir du fait que l'eau n'est pas parfaitement reposée (avant l'ouverture) et non de la rotation de la terre.
Tourbillon dans la bouteille: on prend une bouteille d'eau en plastique et on perce le bouchon, on fait tourner rapidement en secouant. On observe que les bulles se déplacent vers le centre et matérialisent le coeur du tourbillon où la pression est plus faible.
 Un exemple au Palais de la Découverte, exposition temporaire déc 2002.



photo PYL


...
Les tourbillons ont été introduits par Hermann von Helmoltz 1850 et par William Thomson, Lord Kelvin 1882.

En mécanique des fluides, on appelle "Tourbillon Singulier Ponctuel" une solution des équations d'Euler, singulière (i.e. non définie) sur un axe, avec un champ de vitesse invariant par rotation autour de cet axe et dont la valeur décroît comme l'inverse de la distance à l'axe.
Les lignes de courant sont des cercles centrés sur l'axe.

Il s'agit là d'une ligne tourbillonaire infinie.

Le tourbillon de Rankine (1870??) est une régularisation ad hoc ce cette ligne tourbillonaire en supposant que le centre du vortex est un cylindre où le fluid est en rotation solide

Tourbillon de Rankine
Vitesse en fonction de la distance au centre, "a" est le rayon du coeur. La vitesse est nulle au centre: "oeil du cyclone"
Champ des vitesses.


Maelstrom,

Tornades...
Vortex au Palais de la découverte

Photo Alain Bioget

exemple la tornade artificielle de l'exposition du palais de la découverte (dec 2002)
 Un exemple à la cité des Sciences déc 2003.


   
photos PYL



Autres exemples

- Dans une tasse avec une cuillère on fait des vortex.
On observe alors le fameux tourbillon de démarrage.
Puis on observe aussi 2 tourbillons heurtant un mur...  (tourbillon image...)


Monter des exemples du programme vortex?



le tourbillon infini si on le tord, on le met en rond !!!...

- On fait la manip de la caisse à vortex (cube de 55cm trou de 33cm). La caisse est remple de fumée d'encens et de papier d'arménie. On crée des ronds de fumée:


un exemple de tourbillon matérialisé film.mov (issu du CD MFM)


Le tourbillon (rond de fumée) se déplace dans son propre champ de vitesse).












Encore plus fort les dauphins font des vortex et l'apprennnent à leurs copains:

film.mov

(film de Scientific American (DR 08/1996)).


Gallerie de Tornades (issues de e=m6)