Shawyer, Buhler et moi...

Bonjour,
bien malin celui qui trouverait le moyen de 'briser' le principe des actions réciproques, car c'est bien de ce principe qu'il s’agit.
Roger Shawyer s'est orienté vers les micro-ondes, ceux-ci agissants dans une cavité résonnante, sans grand succès, apparemment.
J'avoue que je suis dépassé par le système proposé par Miguel Alcubierre...
Charles Buhler s'oriente vers une technologie mettant en jeu des phénomènes électrostatiques.
Les scientifiques tentent ou on tenté de 'briser' ou 'contourner' cette contrainte, chacun à leur manière.
Le projet reste encore plutôt secret, en ce qui concerne les travaux de Charles Buhler...

Il est vrai que trouver la 'faille' serait trouver le principe d'accélérer un mobile 'a l'infini'
sans consommer une cuillère de carburant... ni plus, ni moins. Juste de l'énergie.

Pour ma part, j'ai commencé a me poser des questions en me demandant si un ballon pourrait se déplacer si
on y installe une petite fusée a l'intérieur.
Cela peut prêter à rire, sauf si l'on sait que le principe d'action-réaction ne s'appuie nullement sur l'air environnant.
Cependant, les gaz éjectés poussent sur le fond du ballon et le phénomène s'annule.
Le ballon ne se déplace pas plus loin que son centre d'inertie.
Une chose m'interpelle quand même:
La force de la réaction de la fusée 'va tout droit', à l'intérieur du ballon, mais les gaz, eux,
s'éparpillent dans l'enveloppe et ne communiquent donc pas en tout point de l'enceinte la même force...
surtout si l'on a bricolé un moteur-fusée 'maison' (col trop ouvert).
En somme, voire si la somme de ces vecteurs, parfois presque perpendiculaire sont égaux au vecteur unique de la réaction?..


Je me renseigne:
Peut t'on dévier une quantité de mouvement, changer sa direction?

Il est dit que non : Selon le principe des actions réciproques:
"Tout corps A exerçant une force sur un corps B subit une force d'intensité égale, de même direction mais de sens opposé, exercée par le corps B."
n'est-ce pas bien clair?
Même au billard, les boules 'choquées', n'échappent finalement pas à cette règle.
Alors, têtu, avec un peu de bricolage, je tente une expérience toute bête : un toboggan, un chariot (avec un plan perpendiculaire d'un côté et un plan incliné de l'autre) et une bille.

Résultat : Le chariot recule moitié moins quand la bille percute le plan incliné à 45 °.
Je me renseigne encore et me fait huer:
Impossible! trucage! Pour un physicien, cela semble impensable.
Il faut pourtant bien se rendre à l'évidence: La quantité de mouvement s'est répartie équitablement dans 2 directions.
Je pourrais être vexé, mais je jubile plutôt en pensant qu’apparemment, personne n'a jamais tenté cette bête expérience...
Et après? faut voir...
Merci pour vos commentaires.

1/ la quantité de mouvement est le produit d'une masse par un vecteur vitesse, si on modifie l'orientation du vecteur vitesse on modifie la direction de la quantité de mouvement. Ca c'est une définition.

2/ La quantité de mouvement du système se conserve (la somme des quantités de mouvement....) Ca c'est un postulat vérifié par les conséquences que l'on en tire....

3/ A la limite si le plan est parallèle au vecteur vitesse de la bille le déplacement sera nul....comme la mécanique a tendance à fournir des équations continues on peut s'attendre à une dépendance du mouvement à l'angle du plan. Ca c'est de l'intuition en physique...

4/ Si on décompose les forces au moment de l'impact, la réaction du plan est orthogonale à celui-ci. La projection de cette réaction monter bien la dépendance à l'angle et l'apparition d'une composante verticale si le plan n'est pas orthogonal. C'est bien ce que l'on observe puisque la bille continue en montant..... Ca c'est pour donner l'impression qu'on va faire des maths.

5/ Comme on considère des quantités de mouvement on doit plutôt s'intéresser aux vitesses qu'aux déplacements qui dépendent des frottements du système. Idéalement le charriot devrait continuer à l'infini mais avec une vitesse différente selon l'angle du plan. Disons que grossièrement mesurer la distance est plutôt un indicateur des échanges d'énergies qui seront dissipées dans les frottements.   Ca c'est encore de la physique...

6/ Il semble donc que l'anglais à la pomme continue a avoir raison.... Je sais, ça énerve parfois

7/ La mécanique ça m'a toujours gonflé , les points 1 à 6 demandent donc à être vérifiés mais l'intuition physique exposée est raisonnable. Ca c'est au cas où j'aurais dit des conneries....

Bons Vols.

Tu restes étonnant cher ami DeepThroat 

Merci beaucoup pour votre réponse.
Pour ma part, vos 6 déductions sont tout à fait pertinentes et me conviennent parfaitement.

De toute façon, il n'est pas question de remettre en question la conservation de la quantité de mouvement.

En préambule de cette discussion, je souhaitait, au départ, rendre hommage à l'Anglais à la pomme, par le biais d'une petite histoire
imaginaire qui nous aurait amené au fait de ce phénomène... mais cela aurait été un peu long et peut-être mal interprété...

Pour revenir au sujet, on peut soit travailler sur la quantité de mouvement, soit en Newton.
La quantité de mouvement est, pour moi, très pratique:
- Si l'on considère que la bille qui sort horizontalement en fin du 'toboggan' n'est plus en phase d'accélération,
- Si l'on considère que les forces de frottement sont identiques, que le chariot soit dans un sens ou dans l'autre.

Si on établit le bilan des forces en Newton, en traçant les différents vecteurs, et si l'on respecte les lois de la conservation
de mouvement, on se rend compte qu'il se passe quand même quelque chose, si on se donne la peine de faire l'expérience pratique.

Pour encore illustrer ce phénomène simple, on peut s’imaginer Pierre et Paul munis chacun d'un parapluie sous une bonne cascade.
Pierre a son parapluie 'grand ouvert', a la manière d'une ombrelle chinoise.
Paul a ouvert son parapluie de sorte que les pans fassent un angle de 45° par rapport à la chute d'eau.
(Pour être cohérent, il faut bien entendu, que les parapluies offrent la même surface au flux d'eau.)
On peut facilement imaginer que Paul aura beaucoup moins de mal a tenir son parapluie sous la chute d'eau que Pierre,
bien que la même masse de l'eau et sa vitesse arrive pourtant identiquement sur chacun des 2 parapluies.
Le 'poids' seul de l'eau n'a rien à voir, puis qu'elle ne s'accumule sur aucun des parapluies.

Pour revenir à l'expérience des chariots,
Si l'on considérait ce système fermé et isolé, c'est à dire toboggan, planche, chariot et bille,
On pourrait déjà en déduire que lors de la descente de la bille, le toboggan pourrait être 'repoussé' vers la gauche,
dans une direction horizontale, donc, puisque la bille est 'éjectée' vers la droite.
Ensuite, est-ce que la force appliquée par la bille sur le chariot 'rétablirait' cet équilibre, si le chariot était fixe?

Quelques considérations supplémentaires (attention j'ai toujours été mauvais en méca, c'est pour ça que j'ai fait autre chose.... )

-En ce qui concerne les parapluies, l'analogie n'est pas exactement le même: là on a affaire à un flux (considéré comme continu même si il s'agit de gouttes isolées....). Incliner le parapluie revient juste à modifier le surface apparente et donc à recevoir moins de flux (ou de gouttes, ou de billes) il y a donc moins de force reçue par le parapluie. Autre analogie du même type: un parachute fermé marche beaucoup moins bien (du point de vue de l'utilisateur) qu'un parachute ouvert...

-Dans le cas de la bille c'est un peu moins évident car la bille est ponctuelle et la surface de réception ne compte pas. Reprenons l'expérience classique des boules de billard qui carambolent. Avant le choc l'une est à  l'arrêt, l'autre en mouvement avec une vitesse v (attention c'est un vecteur, module et direction). Les boules ont la même masse, les frottements sont négligés. Au moment du choc la boule avançante transmet une force F à la boule immobile qui (comme tout est relatif.....vu de la boule avançante c'est la boule immobile qui la tape.....) lui renvoie une force -F. La variation de vitesse étant l'intégrale de l'accélération et les boules ayant même masse, la boule qui tape voit une variation de vitesse de -DV quand la boule tapée voit DV. Passons sur la subtilité du temps nul du choc qui conduirait à introduire un Dirac de force pour que l'intégrale soit non nulle. Bref, les deux boules voient une variation de vitesse de sens opposés. Pour vérifier la conservation de la quantité de mouvement et de l'énergie il faut que la boule avançante s'arrête et que la boule immobile avance. On avait comme quantité de mouvement: m1.V+m2.0 avant le choc, on a m1.0+m2.V après, comme m1=m2 la quantité de mouvement ( et l'énergie du système) est bien conservée. Newton jouait il au billard?


-Dans le cas  de l'expérience avec le plan incliné, on reprend l'équation dite fondamentale (ça en jette ) F=mA, où F est la force, m la masse et A l'accélération. Attention, vecteurs en gras. Et on a là une différentielle linéaire. On peut donc considérer que la bille qui frappe le plan incliné est équivalente à deux billes, une orthogonale au plan (qui va faire comme les boules de billard qui carambolent, aux masses près...) et une tangentielle qui ne va rien faire du tout. Le vecteur vitesse de la bille orthogonale a comme module la projection du vecteur de la bille qui frappe sur cette orthogonale. En clair, comme ici on est à 45° le rapport est 1/sqrt(2)#0.7. Donc en gros, le chariot doit avancer avec une vitesse de 0.7 fois celle qu'il avait dans l'expérience précédente. Mais si on ne fait que cela, on ne respecte pas la conservation de la quantité de mouvement et de l'énergie. C'est pour cette raison que la bille rebondit vers le haut et continue à avancer car elle n'a pas transféré toute sa vitesse au chariot. Et là, la conservation de ces deux quantités est vérifiée.


-Si on reprend la vidéo et que les explications précédentes ne sont pas trop fausses   , comment interpréter la vidéo? Dans le premier cas, la chariot avance d'une certaine distance et avec une certaine vitesse initiale (il en prend plein la poire, au point de rebondir....). Dans le deuxième cas il part nettement moins vite (parions sur un rapport 0.7 (cos(45°)) et s'arrête plus tôt car allant moins vite il a moins d'énergie et la dissipe plus rapidement en frottements (roulement sur le sol et frottement des axes de roue). Si on admet que l'énergie dissipée en frottements est plus ou moins proportionnelle à la distance (assertion un peu gratuite.... ) la vitesse étant dans le rapport 0.7, l'énergie doit être sensiblement de moitié (c'est quadratique en vitesse l'énergie...E=mV^2/2) et donc on devrait s'attendre à une distance parcourue divisée par environ 2. Et c'est sensiblement ce que l'on observe.


-Bref, le monsieur aurait dû écouter avec un peu plus d'assiduité son prof de méca....D'ailleurs ce genre de problème se traitait en terminale quand j'étais petit. Après ça se corsait un peu et on changeait d'univers avec les équations de Lagrange. Mais c'est une autre histoire.....



Bons Vols



PS: ce texte ne doit rien à la consommation de substances hallucinogènes ou illicites, juste les réminiscences d'un enseignement qui tenait encore debout à l'époque.....

Merci encore DeepThroat. Je présent une personne remplie de connaissances.

Je reviens sur le coup du parapluie:  (des parapluies)
J'avais pris la précaution de préciser:
"(Pour être cohérent, il faut bien entendu, que les parapluies offrent la même surface au flux d'eau.)".
Le but du jeu est de ne surtout pas incliner les parapluie, chacun le garde aussi 'droit' qu'il peut:
Pierre 'A' a un parapluie en forme d'ombrelle ( c'est lui qui va en baver le plus!) , 
Paul 'B' a un parapluie de forme pyramidal, par exemple, tant que la forme respecte un angle de 45° par rapport au flux d'eau.



J'ai représenté 'un bilan des forces', avec la force de la chute d'eau imaginaire...
(On peut faire une rotation du dessin sur la gauche pour constater que c'est un peu ce qui se passe dans l'expérience vidéo...
Qu'en pensez-vous? Est-ce cohérent?
Si on met Pierre et Paul tous deux de même corpulence sur une balance chacun, ils n'afficheront pas le même 'poids',
malgré que la superficie de leur parapluie respectifs reçoivent autant de quantité de flotte chacun...
-Enfin, je n'ai pas vérifié expérimentalement ( il fait trop froid encore), mais si j’imagine une proue de voilier et celle d'une barge de débarquement,
je pense que le voilier offre moins de résistance au flux de l'eau.
(ou, si l'on veut rester dans le contexte, la tension sur le cordage qui les tient à quai, le voilier 'reculera' moins dans un courant, car moins
influencé que la barge dans le même courant...)
En tout cas, j'ai déduit la même chose que vous ( tiret 3 & 4 )
En terme de flux, disons qu'une bille est peut-être plus 'pédagogique' comme approche, en effet...
En faisant le dessin, je me suis interrogé sur la superficie d'une aire de cercle par rapport a une aire de pyramide octo ou pentagonale
, il faut que bûche là-dessus...

Apparemment, le billard existait déjà du temps de Newton... a moins qu'il ai joué au criquet...
Oui, je le vois bien jouer au criquet, le malin !


Ha! J'ai fabriqué et testé aussi 2 chariots fermés avec trappe anti-retour, pour bien vérifier que lors du rebond sur le plan incliné,
la bille, en partant plutôt vers l'arrière n'avait pas l'idée de 'finaliser' sa course en 'complétant' la quantité de mouvement horizontale et donc, faire reculer le chariot autant que celui aillant un plan orthogonal*, car en effet, elle garde une 'certaine' vitesse, la garce! ( on pourra reparler de la vitesse plus tard, peut-être)

Il n'en a rien été, mais bon, j'ai pas le matos au top non plus !
Sinon, vous avez encore tout raison, à mon avis.

Merci encore pour vos réponses.
* ça fait plus classe, en effet!

Manifestement il y en a qui ont des soucis bien sophistiqués ! 

Attention, l"exemple du cône est trompeur, certes l'angle diminue le transfert mais comme la surface du cône augmente également, pour une même surface de base, les deux effets se compensent....

Pour ce qui concerne la forme des coques, ce n'est pas qu'une affaire de surface frontale, l'écoulement du fluide et la turbulence interviennent. C'est ce que prend en compte le fameux terme Cx dans les expressions de la résistance à l'avancement des véhicules ou dans les polaires d'une aile (Cz en fonction de Cx).

Comme il y a quelques personnes ayant écrit des choses assez intelligentes sur ces sujets je posterai des liens, l'un vers un document technique et historique sur les chocs, l'autre vers le site de JP Petit, qui a pas mal vulgarisé le sujet des écoulements et comment les réduire. Attention, ce dernier site est à prendre avec un peu de recul...mais les BD scientifiques qui s'y trouvent sont très bien faites en terme de vulgarisation.

Bons Vols

Pour les chocs: technique et historique
http://epiphymaths.univ-fcomte.fr/seminaire/Articles%20epiphymaths/Choc-I.pdf
http://epiphymaths.univ-fcomte.fr/seminaire/Articles%20epiphymaths/Choc-II.pdf

Pour les BD de vulgarisation scientifique
http://www.savoir-sans-frontieres.com/JPP/telechargeables/free_downloads.html

Sur ce dernier lien qui relie au site de JP Petit, je ne cautionne pas nécessairement l'intégralité du site....
Disons que le contenu est assez divers....il y a parfois ce que l'on pourrait qualifier de quelques égarements....

Bons Vols

Franchement, DeepThroat, vous m'épatez vraiment:
Oser parler de J.P.P.!
le seul livre que j'ai acheté de lui, dans les années 85 était "Le mur du silence", suite a un article paru, à l'époque, dans Paris-match.
Comme lui, j'ai reproduit ses expérience dans ma chambre de bonne, dans le 16éme, il y a plus de 30 ans, dans la cuvette ou je me lavait le matin...
Et alors, je me disait: "cool, les avions n'auront bientôt plus de contraintes!".
Je l'ai même reproduit en anneau, dans un tube transparent, après avoir récupéré les flocons d'une boule à neige représentant le Sacré-cœur!
Cependant, je pense personnellement que la M.H.D. ne peut être considéré comme un système de propulsion, mais plutôt comme une aide géniale
 'a prévenir les ondes en amont', comme il le dit lui-même.
Bon depuis, pas d'utilisation de ce système, ou si peu, a ma connaissance. Dommage!
Après, je sais qu'il fait polémique avec sa théorie 'Janus', mais je ne m'y suis pas intéressé.
Sinon, je collectionne les vieux livres de sciences (physique/chimie) quand j'en trouve.
Je m’efforce d’ailleurs de ne pas employer le vocabulaire de l'époque sur les forums, même si cela m'échappe un peu, parfoy!


http://epiphymaths.univ-fcomte.fr/seminaire/Articles%20epiphymaths/Choc-II.pdf  , page 22
Je lis:    "Mariotte utilise le principe du bateau (dans un bateau à vitesse constante, ou sur la terre ferme, les chocs vérifient les mêmes lois) , 
pour expliquer les lois du choc oblique, mais il les explique aussi autrement."
C'est dommage qu'il n'y ai pas plus de développement... je vais creuser, surtout que j'expose un peu ce principe, peut-être sous une autre forme, sur un autre forum...
En tout cas, merci mille fois pour toute cette littérature.

Vous avez raison, on ne peux utiliser le Cx, avec les raisons que vous exposez.

JPP n'est pas maudit il est simplement un peu au bord de la gaussienne.

Quant au Cx, c'est justement ce qu'il faut utiliser car c'est une valeur empirique qui tient compte des écoulements.

Bons Vols

Dans le cas de fluides, oui.
J'avais pris l'exemple des parapluie sous un flux d'eau, juste pour démontrer pourquoi le chariot reculait moins dans un cas que dans l'autre...
La dynamique des fluides m'a rattrapé...
Je perd du temps (et le vôtre aussi) à essayer de justifier un phénomène simple, naturel...
Autant aller droit au but, surtout qu'il me semble fortement que vous avez toutes les compétences pour analyser ce principe.

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Figure A : Coup "classique" du tir de canon dans un wagon:
Le wagon recule (vers la gauche) sous l'effet du tir puis revient (vers la droite) à sa place lorsque la bille
touche le fond du wagon.
Les quantité de mouvement s'annulent  MV (Recul Canon)  -  mv (Recul Bille sur le fond du wagon) = 0
(Le retour de la bille dans la bouche du canon ne fait pas bouger non plus le wagon).
Dans les 2 cas, principe "des actions réciproques".
(On peut jouer au foot dans le wagon; il ne bougera pas.)

Figure B:
1) Lors de ce tir, le wagon recule vers la gauche, (comme au début de la figure A)
2) Lors du choc sur le plan incliné, la quantité de mouvement se répartit dans 2 direction: (comme dans ma vidéo)
Le wagon ne reçoit donc que la moitié de cette quantité de mouvement
dans la direction horizontale (vers la droite)
= Le wagon ne se déplace alors plus que de la moitié de cette quantité de mouvement (vers la gauche) par rapport à la quantité de mouvement de recul du canon.
3) L'autre moitié de cette quantité de mouvement (la bille) part dans la direction verticale...

Figure C:
La moitié de la quantité de mouvement de la bille partie dans la direction verticale percute le plafond du wagon,
(choc inélastique perpendiculaire).
Je pensait que ce choc stopperait (un peu) le wagon dans son élan vers la gauche, mais apparemment, il n'en est rien:
(On peut s'imaginer la collision perpendiculaire de 2 véhicules en mouvement:
 conformément au principe général de conservation de la quantité de mouvement, la vitesse résiduelle est toujours égale à la vitesse initiale du centre de masse des deux véhicules, quelle que soit la configuration de la collision )
ref :  http://www.adilca.com/COLLISIONS_FRONTALES_ET_TRANSVERSALES.pdf
Mais comme ces vitesses sont perpendiculaires, cela ne gène en rien le déplacement horizontal du wagon.
Donc le wagon garde sa vitesse et la bille aussi (bien que la quantité de mouvement de la bille soit 'stoppée'.)

Là, on fait une petite pause et on constate:

Le wagon (et tout ce qu'il contient) s'est déplacé vers la gauche avec la moitié la quantité de mouvement du tir
et ne revient pas à sa place initiale.

Figure D:
Le projectile est renvoyé dans la bouche du canon, mais pas par le 'même chemin'.
Cette action ne perturbe en rien le déplacement du wagon.
(Encore le principe des "actions réciproques".)
(On peut toujours jouer au foot dans le wagon; cela ne gênera pas son accélération acquise.)
Prêt pour un nouveau tir!

Voilà, vous avez le choix:
-Soit vous vous dites: " Il raconte n'importe quoi!"
-Soit vous imaginez le principe mentalement, avec au moins 2 Dolipranes...
-Soit  vous reproduisez le déroulé pas à pas de cette séquence sur papier...

Un peu de maths et de données fictives ( en exemple) pour donner à manger aux calculatrices ou aux I.A.:
Le wagon et tout ce qu'il contient fait 400 grammes.
La bille fait 50 grammes.
La bille est lancée à 10 mètres par secondes par le canon fixé a l'intérieur du wagon.
Les 'bidules plats' étant des électro-aimants, qui ne sont là que pour que la bille ne retombe pas, nous avons affaire au final à un choc inélastique.
(Si la bille retombait (rebond) sur le plan incliné, alors, l'effet serait annulé.)
Le rebond sur le plan incliné est un choc élastique, bien entendu.
(Le canon étant solidaire du wagon, c'est toute la masse du wagon qu'il faut prendre en compte pour la vitesse de recul du canon.)

quantité de mouvement de la bille = 0.050 * 10 = 0.5
La quantité de mouvement du recul du canon doit être équivalente, par rapport à sa masse. Merci Mr Newton!

On en déduit que la vitesse initiale de recul du canon (et donc, du wagon entier) est de 1.25 m/s, dans la direction opposée à celle de la bille.

Lors du choc sur le plan incliné, cette vitesse de recul est divisée par 2 = 0.624 mètre/secondes.
En absence de gravité, c'est cette vitesse que le mobile aura irrémédiablement acquis... sans perdre de masse.
Prêt pour un nouveau tir?
(En absence de gravité, pour que le mobile 'avance droit', il faut un peu de symétrie:
2 canons, 2 cibles...
Qu'en pensez-vous?