De la résistance de l'air sous l'aile de l'oiseau pendant le vol

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Submitted on 1 Jan 1874

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De la résistance de l’air sous l’aile de l’oiseau pendant le vol

E. Marey

To cite this version:

E. Marey. De la résistance de l’air sous l’aile de l’oiseau pendant le vol. J. Phys. Theor. Appl., 1874,

3 (1), pp.204-209. �10.1051/jphystap:018740030020401�. �jpa-00236945�

204

duits par ^une lame de

spath

doivent être altérés

de 1 24000

suivant que la lumière marchait dans le sens ou en sens contraire du mouye- ment de translation de la Terre ».

On a vu

plus

haut que ^cette altération devait être

nulle,

^et

l’expérience

^{a montré} que, ^si elle

existait,

^{elle était} inférieure à

1 1000000.

Il n’en serait

plus

^{de même si la vitesse}

générale

^du

système

solaire était

comparable

^{à la vitesse de la}

lumière;

^{les termes de}

l’ordre u2 v2

cesseraient d’être

négligeables,

^et le deuxième énoncé seul donnerait

rigoureusement l’explication

^des

phénomènes

observ és .

La loi de

Fresnel,

^exacte pour les

petites ^vitesses, peut

^{donc être}

complétée

par ^cet énoncé

purement empirique :

^le

temps

que ^met la lumière _pour se propager ^d’un

point

^{à un autre} d’un corps ^en

mouvement est

augmenté

par ^{ce mouvement} d’une

quantité

^indé-

pendante

de l’indice de ce corps ^et

égale

^à

lu,

^{1 étant} la distance des deux

points,

^{M la}

composante

^{de la} vitesse du corps suivant la direction des rayons

lumineux,

^{et V la vitesse de}

propagation

^de

la lumière dans le vide.

DE LA

RÉSISTANCE

DE L’AIR SOUS L’AILE DE L’OISEAU PENDANT LE

VOL;

PAR M. E. MAREY.

(Société ^de Physique; ^{séance du 23} janvier 1874.)

J’ai

présenté

^à l’Académie des Sciences un trav ail destiné à dé-

montrer que l’oiseau

qui

^{abaisse ses}

ailes,

^tandis

qu’il

^{est animé}

d’une translation

horizontale,

^{trouve sur l’air un}

appui plus

^solide

que s’il eilectuait l’abaissement de ses ailes avec la même

vitesse,

mais sans translation horizontale.

La théorie de ce

phénomène

^{me semblait être la} suivante : une

aile ou une surface

quelconque qui

^refoule l’air rencontre, ^au début de son mouvement, ^une résistance considérable à cause de l’inertie de ce

fluide, qui

^{résiste au}

déplacement;

mais peu ^à peu l’air est entraîné et sa vitesse tend à se

rapprocher

^{de celle du mo-}

Article published online by EDP Sciences and available at http://dx.doi.org/10.1051/jphystap:018740030020401

205 bile

qui

^11’

déplace :

des lors la résistance diminue.

Enfin, quand

^le

mobile s’arrète,

^{l’ air en mouvement tend à}

continuer

^son

chemin,

et il se

produit

^à l’avant du mobile une véritable

aspiration

^ou

pression

^negative

Or ^un oiscau

qui

^se

déplace

horizontalement

pendant

^l’abaisse-

ment de son aile

agit,

^aux différents instants de cet

abaissement,

sur la série des colonnes d’air au-dessus

desquelles

^il passe. Sur

chaque ^colonne,

^il rencontre cette résistance maxima que l’inertie de l’air

présente

^aux

premiers

instants de l’action de l’aile. Enfin.

quand

^{l’aile est arrivée au bas de sa courte. elle ne} subit pas ^l’en- trainement que lui

communiquerait

^la colonne d’air mise en mou-

vement, ^car la translation de l’oiseau l’amène sans cesse dans des

régions

^{où l’air est immobile. Toutes ces} conditions sont évidem-

ment favorables ^au

vol, puisqu’elles

accroissent la résistantcec de l’ air

qui

^{fournit à l’oiseau son}

point d’appui.

Pour prouver l’exactitude de cette

théorie, je

^{fis certaines}

expé-

riences dans

lesquelles

^{une même}

quantité

^{de travail était}

appliquée

à

produire

l’élévation et l’abaissement alternatif des ailes d’un oiseau artificiel. rrantôt ^ces mouvements des ailes ^se

produisaient pendant

quI’ la machine restait à la même

place :

^{il... avaient alors une}

^grande amplitude ;

^{tantôt on}

imprimait

^{à LI machine 1111 mouvement de}

translation,

^{et l’on voyait}

l’amplitude

des coups d’aile diminuer ^con-

sidérablement,

^(’t’

(lui

^{annoncait 1111} accroissement de la resistance de l’air.

MM.

Planavergne

réclamèrent la

priorité

^tlt’ l’idée theorique

que

tlllt’

j’avais

^{émise et} montrèrent

qu’en

^{effet ils avaient}

publié quelques

années

auparavant,

^un Mémoire où cette tliéoric était

explicitemcnt indiquée.

^{Toutefois ces auteurs} n’avaient pas fourni ^de démons- tration

expérimentale

^a

l’appui

^{de leurs B vues en} consequence ^c. il m’a semblé intéressant de continuer les recherches

que J’a, ais

^coiii- .

mencées et de

déterminer,

^aussi exactement que

possible,

^d’une

part,

^les

I)lt,t,,es

^{des états variables de} resistance de l’air (-"ntre un mobile

qui

^se

déplace

^{d’un mouvement}

Uniforme ;

^{d autre}

part,

l’accroissement de la résistance de l’air sous 1 aile d’un

appareil qui

se transporte ^{avec des vitesses} determinées.

PREMIÈRE SÉRIE D’EXPÉRIENCES. 2013Détermination des états va-

riables ^et dit

régime régulier

^{de la} résistance de l’air contre un

mobile qui

^se

déplace

^{d’un mouvement}

uniforme

Sur un bàti solide

qui peut glisser

facilement sur un

plan

^hori-

zontal,

^on

dispose

^{un écran}

léger

^dont

leplan

^{soit v ertical et} per-

pendiculaire

^{au sens du}

glissement.

^{Cet écran}

pivote

^{autour d’un}

axe

horizontal,

^{et son manche est}

chargé

^d’un

poids

additionnel pour

du’il

y ait

équilibre parfait

^{entre le manche et} l’écran lui- même. De cette

façon,

^{au moment où l’on}

imprime

^{un mouvement,}

de translation à

l’appareil,

^om n’a pas à craindre que l’inertie ^de l’une ou de l’autre

partie

^du

système

^fasse

pivoter

^{l’écran autour de}

son axe, et si un

pareil pivotement

^se

produit,

c’est bien à la résis-

tance de l’air

qu’il

faut l’attribuer.

En arrière de l’écran est

placé

^un

petit appareil manométriquc qui,

^au moyen d’un tube ^à

air, communique

^{avec un tambour à}

levier

interrupteur (1).

L appareil

étant ainsi

disposé,

^{on lui}

imprime

^{un mouvement de}

translation uniformc

qui

^{dure unc demi ou un}

quart

^de

seconde,

^et

l’on recueille le tracé suivant

( 2 ) (fig. 1).

Fig. ^i.

En

l’absence

de toute

translation, l’appareil

^{trace une}

ligne

^hori-

zontale

xx,

qui correspond

^{à la}

pression

^{zéro sur le}

dynamomètre.

Au moment où la translation _commence,

l’appareil signale

^une

pression énergique a qui

^est l’état variable initial tenant à l’inertie de

l’air

_{que le}

disque

repousse. Bientôt la courbe s’abaisse ^annon- çant que la résistance de l’air

faiblit,

bien que la translation du

disque

^reste uniforme. C’est que l’air ^{subit en}

partie

^{le mouvement}

d’entraînement.

La

pression

^{s’abaisse ainsi}

jusqu’au

^niveau

b, qui

(1) Voir, pour la description ^{de cet} appareil, MAREY, ^{Drc mouvement dans} les fonc-

tions de la vie, p. 148, iii-80, 1869, Germer-Baillière.

(2) ^Cette figure ^{a dû être} modifiée pour la débarrasser de vibrations accessoires produites par le style inscripteur ^{et dont on a} conservé seulement une à la fin de chacun des états variantes a et c.

207 est le

régime régulier

de la résistance de l’ air pour ^toute la durée de la translation.

Enfin, quand l’appareil

^s’arréte

brusquement

^{11t. on} Boit baisser le trace du manomètre

inscripteur

^au

point

^{c : c’est l’etat variable}

terminal;

il consiste en un entraînement de l’écran par la colonne d’air animée de vitesse. Cet entraînement cesse

graduellcment

^{et le}

tracé revient ^au zéro.

On ne saurait avec cet

appareil grossier

déterminer la valeur absolue de la résistance de

l’air,

^aux ditlércnts instants de la trans-

lation

uniforme,

^{mais on} pcut ^se convaincre de l’existence de deux états

variables,

^{dont l’un}

précède

^{et l’autre suit le}

régime régulier

^{de la} résistance de l’air. Les études des

pliysiciens

^avaient

cu

jusqu’ici

pour but de déterminer la valeur de ^ce

régime régulier,

seulement pour différentes vitesses.

DFUXIÈME SÉRIE D’EXPÉRIENCES. 2013 Accroissement de la résis- tance (le l’air aux mouvements d’abaissement de l’aide d’un

oiseait,

^sous

l’influence

^{de la} translation horizontale de celui-ci.

Pour obtenir cette

détermination, J’ai grossièrement

imité la dis-

position

^{de l’oiseau en} réduisant chacune des ailes à un

plan

^mince

et

rigide,

^ayant

om,5o

^de

long

^{sur 0m. 10 de}

large

^{Ces deux ailes}

soliùaircs 1 une de l’autre

b abaibbcnt,

^{à un moment nt}

donné,

^sous l’influence de la détente d’un ressort.

Un travail constant est ainsi

dépensé

pour

chaque

coup d’aile.

La translatiun de la machine ^se fait par

glissement

^{sur un fil de fer}

horizontalement tendu. Deux

grandes

^{roues, dont l’une 1’-.1 munie}

d’une

manivelle,

entraînent une corde ^sans fin. dent l’iiii des brins

est

parallèle

^au f il de fer. C’est cc hrit de la corde

(lui imprime

^à

l’appareil

^une vitesse horizontale

plus

^{ou nloins}

grande.

Il

s’agit

maintenant de mesurer W ce

précision

^la vitesse de trans-

lation et la durée de l’abaissement des ailes. La méthode

graphique

donne facilement ces deux mesures.

a. Mesure de’ vitesses de translation tlt’ III machine. ²⁰¹³ Cette vitesse n’est autre que celle de la corde ^sans till,

oui produit

^l’en-

traînement. Or cette corde passe ^{sur une}

pethe poulie

^{dont les}

tours sont

comptés

^{et inscrite sur un evlindre tournant au.} moyen d’un

style qui

fonctionne à peu

près

^{comme le}

télégraphe

^Morse.

La

partie qui

^{sert au} comptage ^{des vitesses a} exactement

om, 40

de

circonférence;

^elle

porte

^{sur la} moitié de son

périmètre

^une

armure

métallique qui

^{ferme un courant de}

pile lorsque

^deux

frotteurs viennent la rencontrer, ^ce

qui

^arrive

pendant

^{la moitié}

de chacun des tours de

poulie.

^Le

style inscripteur

^{mis en mouve-}

ment par ^un

électro-aimant

trace une

ligne

^crénelée

qui,

^{à chacun}

de ces

changements

^de

direction, indique

que

om,

^{20 de corde ont}

défilé,

c’est-à-dire que l’oiseau artificiel ^a parcouru ^cet espace. Or

plus

la translation

imprimée

^{à l’oiseau est}

rapide, plus grand

^est

le nombre de sinuosités inscrites

pendant

^{une seconde sur} le cy- lindre dont la rotation ^est uniforme.

b. Mesure de la durée d’abaissement des

ailes.

²⁰¹³Un second

inscripteur électrique,

^{semblable à celui}

qui compte

^{les tours de} Fig. ^2.

poulie,

^{sert à} déterminer la durée de l’abaissement des ailes. Il

fa ut

qu’au

^{début de cet} abaissement un courant de

pile

^{soit rompu, ce}

209

qui

^est

signala

par ^un

changement

^{dans 1 a}

ligne

^{trdée sur lit} le cy- lindre, ^et

qu’à

^{la fin de} l’abaissement ^les ailes le court tilt soit ferme de nouveau. (’l’ que l’inscriptain

On recueille simultanément le ti Je translation

et celui des durées d’abaissement des ales et l’on obtient ^une série de déterminations dont la

figure

^suivante

(fig.2)

^fournit

quelques exemples.

Expérience

^{n° 1. - La}

ligne supérieure et indique

Li durée de l’abaissetncnt des ailes ; en

prenant

^cette

longueur

^sur l’échelle du temps, ^on voit que l’abaissement de l’aile durait moins

de s

^de

Dans cette

expérience

^il

n’y

^a pas ^eu de translation de l’oiseau : la

ligne 1)

^ne

présente

^{aucune inflexion.}

Expérience

^{rt° 2. - La} durée d’abaissemeiit df’S ailes

(lignc a)

est

déjà plus grande;

elle excède une demi-seconde. La translation était alors de

près

de 3 mètres par seconde. On s’en ^{assure en}

prcnant

^au compas ^{sur la}

ligne b

^la

longueur qui correspond

^a

cinq changements

^{de direction de la (}

ourbe , ce qui indique

que ⁽

cinq

^lois

Om,

20, c’est-à-dire ⁱ

mètre,

^{ont été} parcourues. On porte ^{cette lon-} gueur ^sur l’écllclle des

temps,

^{et l’on constate} que dans ^{une se-} conde elle est contenue environ 3 fois : ^on voit dont’

deja

^{que la}

durée d’abaissement de l’aile croit ^avec la vitesse.

Experiences

^nQS

3, 4, 5,

^{6. Dans ces autrt’’)}

expériences

^et

procédant toujours

^{delà même}

^manière,

^{on trouve} (’ (PlI’ la durée de l’abaissement de l’aile s’accroit

toujours quand 1.1

vitesse d,. trams-

1 atinn _augmente, et

qu’avec

^une vitesse de

5m, 30,

l’abaissement de 1 aile dure environ une seconde.

Il ne in’a pas ^été

possible

^{de trouver iiii} rapport

parfaitement précis

^{entre la vitesse de} translation et la durée de l’abaissement Je l’aile. Des

expériences

faites dans des conditions

Identiques pré-

sentent

pal’flli’)

^(1(.

légers

^écarts,

qui

^{tiennent a ce} que l.l moindre oscillation dn til de fer

qui

^{sert de rail}

change légerement

^{la durée}

du

phénomène. D’après

^ces

premiers essais,

il semble toutefois que

la durée d’abaissement de l’aile croisse proportionnellement

^{à la}

vitesse ut’ translation. dans les de vitesse ^sur It

J’ai

pu

opérer.