Lire sous le vent

29 01 2012

Comme l’a si bien remarqué Ramon Gomez de la Serna dans Greguerias « On voit que le vent ne sait pas lire quand il feuillette les pages d’un livre à l’envers. ». Il est vrai que le vent qui souffle sur un livre est capable de faire défiler ses pages.

Des chercheurs américains et français ont étudié ce phénomène en soumettant un livre à un vent de vitesse constante. Ils ont remarqué que lorsque le souffle est suffisant, le livre s’ouvre puis se ferme et que cet enchainement se répète à l’infini. La vidéo suivante rassemble leurs observations :

Comment peut-on comprendre ces successions d’ouverture et de fermeture ?

Il nous faut d’abord savoir comment l’écoulement de l’air autour du livre peut soulever une page du livre. Pour ce faire, regardons les lignes de courant de l’air à proximité du livre. Le schéma suivant représente les lignes de courant autour d’un livre représenté par une marche :

On observe sur ce schéma que l’air ne suit pas les angles droits et on voit l’apparition de zones de recirculation. Il se trouve que ces zones sont en dépression. A l’image de la dépression qui règne dans un aspirateur et qui permet de soulever les poussières du sol, la zone de dépression située au dessus du livre va produire le soulèvement du papier.

Une fois la première page soulevée, le vent pousse la page à s’ouvrir. Cette page finit par atteindre une forme d’équilibre qui résulte d’une compétition entre la force exercée par le vent, son élasticité et son poids. Un exemple de la forme adoptée par une page sous le vent est représentée sur l’image suivante :

L’explication précédente pour l’ouverture de la première page s’applique ensuite à une deuxième qui vient rejoindre la position de la première. Ce phénomène se répète et les pages ouvertes s’accumulent en l’air. Avec l’augmentation du nombre de pages ouvertes, l’élasticité et le poids de l’ensemble s’accroît. Il existe un nombre de page critique au delà duquel la force exercée par le vent ne suffit plus à compenser le poids et l’élasticité des pages ouvertes. Dès lors, elles se referment sur le livre et une nouvelle série d’ouverture pourra recommencer.

Source :

Perdo M. Reis & John W.M.  Bush, The Clapping Book. #

P. Buchak, C. Eloy, and P. M. Reis, The Clapping Book: Wind-Driven Oscillations in a Stack of Elastic Sheets. #





Les cheveux

22 12 2011

Lisses, crépus, châtains, bouclés,  roux, raides, frisés, la diversité des cheveux a de quoi rendre perplexe. Quelles sont les caractéristiques physiques qui décrivent une chevelure et comment varient-elles d’un individu à l’autre ?

Tous les cheveux sont principalement composés de kératine. La variété des chevelures humaines ne s’explique donc pas par une différence dans la composition des cheveux. C’est la diversité de leurs formes dans l’espace qui est à l’origine de cette variété.

La structure 3D d’un cheveu dépend de la forme de sa section, de sa rigidité et de son implantation. Le premier de ces paramètres est déterminé par la forme du follicule pileux (la cavité du derme qui accueil la racine du cheveu). Le follicule pileux agit comme un moule de kératine et donne ainsi sa forme au cheveu en croissance.

La forme de la section d’un cheveu est plus ou moins elliptique. Plus l’excentricité de cette section est grande, plus le cheveu aura de facilité à former des plis et à mener à une apparence crépue. Ce phénomène peut être observé en comparant un ruban plat (type ruban cadeau) à un fil circulaire (type fil de pêche). Il est possible de plier un ruban un grand nombre de fois alors qu’un fil à section circulaire peut uniquement former des boucles.

Cette capacité à former des boucles est influencée par la rigidité des cheveux . Plus un cheveu est rigide, plus il sera difficile à courber. Ainsi un cheveu rigide reste droit et donne lieu à une chevelure lisse. A l’inverse, un cheveu mou se courbe facilement et créer une apparence ondulée ou frisée.

Les cheveux africains sont assez aplatis, ce qui explique la présence de nombreuses boucles très serrées (des plis) et leur apparence crépue. A l’inverse, les cheveux asiatiques ont une section quasiment circulaire ce qui explique leur aspect toujours très lisse. Les cheveux caucasiens ont des formes plus variées et leurs aspects iront du raide au fortement bouclé selon leur rigidité.

D’autres paramètres participent aussi à l’incroyable diversité des chevelures tels que la densité de cheveu, leur vitesse et direction de pousse, etc…

Sources :

Hair Science

Le secret des cheveux crépus

TPE sur le cheuveu





Le paradoxe de l’archer

7 09 2011

Afin de planter une flèche au centre d’une cible avec un arc il est nécessaire de viser un point légèrement excentré. Ce phénomène bien connu des archers est appelé paradoxe de l’archer. Comment expliquer qu’une flèche qui ne pointe pas le centre de la cible finisse par l’atteindre ?

Il se trouve que lorsque l’archer relâche la corde de l’arc celle ci se met à vibrer dans le plan perpendiculaire à la flèche. Il est impossible pour le sportif de ne pas impulser ce mouvement à la corde compte tenu du temps mit par sa main pour s’ouvrir.

Dans les premiers instants, la corde entraine la flèche. Ainsi le mouvement de vibration de la corde se transmet à la flèche. La trajectoire de la flèche est donc imprimée d’ondulations que l’on peut observer sur la vidéo ralentie suivante :

On observe sur cette vidéo que la corde de l’arc est initialement tendue à gauche du plan médian. Lors du lâché elle part sur la droite en entrainant l’extrémité de la flèche. Ceci courbe la flèche qui se comprime sur l’encoche de l’arc. En retour, l’arc exerce une force vers la gauche sur l’avant de la flèche qui se décale et quitte l’arc. Son départ se fait donc dans une direction légèrement décalée avec celle initiale. C’est ce décalage lors du lâché de la flèche qui explique qu’il ne faille pas viser directement le centre de la cible mais un point un peu excentré. Le scénario décrit précédemment peut être schématisé comme suit :

Le décalage de la flèche à la sortie de l’arc dépend de son élasticité et des vibrations de la corde. Un archer doit donc prendre en compte tout ces paramètres afin de réussir son tir.

Source : Wikipédia

http://www.real-world-physics-problems.com/physics-of-archery.html

http://www.archeryweb.com/archery/paradox.htm