Timna a demandé : Pouvez-vous nous expliquer comment fonctionne un boomerang ? Quels sont les principes physiques sur lesquels il repose ?
Hi Timna,
Le boomerang est une arme et un jeu qui a été inventé il y a plus de dix mille ans. Malgré sa conception simple et ancienne, il y a beaucoup de physique intéressante à apprendre de son mouvement.
Le boomerang est associé principalement aux aborigènes australiens, qui l’utilisaient pour la chasse et dans les compétitions. Cependant, des outils similaires peuvent être trouvés dans d’autres civilisations à travers le monde ; des anciens Égyptiens aux tribus amérindiennes. Tout cela s’est produit des années avant que Newton ne propose les lois de la physique classique, qui nous permettent aujourd’hui de comprendre le mouvement du boomerang.
|Boomerang australien | Photographie de : Guillaume Blanchard, Wikipedia
Il existe plusieurs sortes de boomerangs de formes différentes – certains reviennent à la main lorsqu’ils sont lancés, d’autres non. Le boomerang australien est composé de deux ailes attachées en forme de V à angle obtus. La forme des ailes est aérodynamique, semblable à celle d’un avion. Et leur côté large tourne dans des directions opposées, de sorte qu’en tournant, il sera toujours dans la direction du mouvement. Pour que le boomerang revienne vers nous, nous devons le lancer verticalement et ajouter un mouvement de rotation au moment de le relâcher. Ce mouvement d’auto-torsion est un facteur clé du mouvement puisqu’il stabilise le boomerang dans l’air – comme un frisbee – lui permettant de revenir vers le lanceur.
Pour comprendre le mouvement du boomerang, nous allons d’abord observer les ailes. En raison de leur forme aérodynamique, lorsque l’aile se déplace, l’air au-dessus d’elle se déplace plus rapidement que l’air en dessous, comme l’aile d’un avion. Selon le principe de Bernoulli, cette différence de vitesse crée une différence de pression entre les deux côtés de l’aile, et crée une force de flottabilité, qui pousse l’aile. Comme le boomerang est lancé verticalement, la poussée est dirigée latéralement, c’est-à-dire perpendiculairement à la direction du lancer. Cependant, cela ne suffit pas à faire tourner le boomerang vers le lanceur. Le boomerang tourne sur lui-même, ce qui signifie qu’il a un moment angulaire. Pour modifier le moment cinétique d’un objet, il faut appliquer un couple. Tout comme un objet se déplaçant à une vitesse constante ne changera pas sa vitesse tant qu’aucune force ne lui est appliquée (première loi du mouvement de Newton), un objet se déplaçant à un moment angulaire constant ne changera pas son moment angulaire tant qu’aucun couple ne lui est appliqué.
Écoulement de l’air autour des ailes du boomerang | Illustration : Wikipedia
Si nous examinons de près les ailes, nous découvrirons qu’elles tournent également et avancent dans le sens du mouvement du boomerang. À tout moment, l’aile supérieure tourne dans le sens du mouvement du boomerang et l’aile inférieure tourne dans le sens opposé. Par conséquent, l’aile supérieure se déplace plus rapidement par rapport à l’air, et la poussée exercée sur elle est plus importante que celle exercée sur l’aile inférieure. Il en résulte un couple plus important sur l’aile supérieure que sur l’aile inférieure, ce qui fait que le boomerang est soumis à un couple qui le fait tourner et le fait se déplacer dans un mouvement circulaire vers le lanceur.
Un phénomène similaire se produit en faisant tourner un dreidel. D’abord, le dreidel tourne sur lui-même, mais la gravité applique un couple sur le dreidel, ce qui le fait se déplacer en cercles plus larges jusqu’à ce qu’il tombe. Ce mouvement est appelé précession et il est très courant dans les objets qui tournent. La précession du dreidel le fait tourner dans des tours larges, et finit par le faire tomber ; la précession du boomerang le renvoie vers le lanceur.
Boomerang – question en retour
Que pensez-vous qu’il se passera si nous lançons un boomerang horizontalement ? Dans quelle direction ira-t-il ? Reviendra-t-il vers le lanceur ?
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