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Les oiseaux ont une morphologie adaptée pour leur permettre de voler. Les principes physiques concernés sont la gravité, la portance, la poussée et la traînée, démontrés par Sir George Cayley. Newton et Bernoulli ont également repris ces principes.
Forces appliquées à l'oiseau et à l'avion pendant le vol
La gravité correspond au principe de gravitation de la Terre, une force connue due à l’attraction terrestre s'exercant sur la masse d’un corps. Cette force, appelée Poids, s’applique au centre de gravité de l'oiseau et se dirige verticalement vers le bas.
En conséquence, l’oiseau est attiré vers le sol lors de son vol. Pour voler, l'oiseau doit exercer d'autres forces pour compenser l'effet du poids et avancer. Ces forces permettant à l'oiseau de voler sont appelées la poussée et la portance. Elles doivent donc être plus importantes que la gravité lors du vol, permettant ainsi un mouvement stable dans les airs.
La portance Le théorème de Bernoulli exprime la conservation de l'énergie d'une unité de masse d'un fluide (J/kg). L'énergie totale d'un fluide reste constante. Ce théorème permet d’expliquer la portance qui se traduit par une force verticale dirigée vers le haut, et permettant le vol des oiseaux tout comme celui des avions.
Lorsque la vitesse augmente, la pression diminue et inversement. Donc la pression est inversement proportionnelle à la vitesse.
Dans le cas des oiseaux, les ailes sont bombées vers le haut, permettant à l’air de passer plus vite en haut qu’en bas : la vitesse est donc plus importante au-dessus de l’aile, tandis que la pression l’est moins. L’animal est donc attiré par l’air et non porté, contrairement au nom de cette force physique, la portance.
Les avions s'appuient sur le même principe de Bernoulli afin de générer la portance sur leurs ailes.
La portance est une force qui s'exerce perpendiculairement vers le haut par rapport à la vitesse. Elle permet la sustention et est créée à partir de la phase de dépression.
La traînée (ou résistance) Il existe aussi une force qui freine l’oiseau car l’air pousse l’oiseau vers l’arrière en même temps qu’il le soulève : c’est la traînée. C’est donc la résistance au passage de l’air, qui est parallèle et opposée à l’écoulement.
Une formule permet de calculer la traînée :
La poussée Un oiseau en vol est soutenu par une force qui s’oppose à la pesanteur, la poussée, produite par les ailes, plus particulièrement par l’extrémité de ces ailes. Plus l’aile est grande, plus la poussée est forte.
Les principaux types de vol des oiseaux L’oiseau possède de nombreux vols différents. Parmi les principaux, nous pouvons distinguer : le vol battu, la vol plané et le vol actif.
Le vol battu Tous les oiseaux se servent de ce vol. L’air est alors repoussé vers le bas et vers l’arrière par l’abaissement des ailes, ce qui propulse l’oiseau vers le haut et vers l’avant. Les ailes battent de manière régulière dans ce vol, en s’appuyant sur l’air.
Le vol plané C’est un vol sans battement d’ailes, l’oiseau se laisse porter dans les airs grâce à la surface portante de ses ailes et il utilise les courants aériens.
Le vol actif Il permet à l’oiseau de décoller, et de gagner ou de maintenir de l’altitude. Lors d’une progression horizontale ou en vol stationnaire, l’oiseau dépense de l’énergie.
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| La physique du vol des oiseaux |
