La Trainée
 

Qu'est-ce que la Traînée d'un Voilier [PHYSIQUE]

Pour que le bateau flotte il faut qu'une partie du bateau soit immergée dans l'eau. C'est partie immergée se nomme "tirant d'eau".

Cependant la vitesse du bateau dépend d'une force : la traînée.
La traînée est une force de frottement entre le bateau et l'eau, elle est régie par la formule suivante.





 
La force qui s'appliquera sur les parties immergées du voilier "Fx" sera exprimée en Newton, "ρ" correspond à la masse volumique du fluide déplacé en kilogrammes par mètres cubes, "V" correspond à la vitesse de l'objet loin de l'obstacle (ici celle du voilier) en mètres par seconde, "S" correspond à la surface de référence (ici le "tirant d'eau") en mètres carrés et "Cx" correspond au coefficient de traînée, nombre sans unité qui dépend de la forme de l'objet (par exemple il est de 0,03 pour un foil).


Ainsi, "Fx" correspond à la force qui s'appliquera contre le bateau et viendra la freiner lorsque celui-ci sera en mouvement...


Comme on le remarque, le tirant d'eau agît sur la traînée.
Plus le tirant d'eau est grand, plus la traînée est grande, et donc la vitesse plus faible.

 

Analyse de la Formule de la Traînée [MATHS]

En analysant la formule de la traînée pour le cas de nos voiliers, nous pouvons remarquer que celle-ci contient une
constante :

   • La masse volumique "
ρ" du fluide déplacé. Il s'agit dans notre cas de l'eau, qui a une masse volumique de 1000 Kg.m-3


Ainsi, nous avons dans cette formule trois variables:

   • La vitesse
"V" du voilier
   • Le tirant d'eau "S" de notre voilier, qui correspond à la surface
immergée de la coque
   • Le coefficent de traînée "CX" qui est un nombre sans unité qui dépend de la forme de l'objet



Nous allons essayer de "jouer" avec ses variables pour savoir comment évolue la force de traînée de notre voilier selon celles-ci.



------------------------------------------------


Le premier graphique  représente l'évolution de la force de traînée
, c'est-à-dire la force des frottements de l'eau, qui s'applique à notre voilier en fonction de sa vitesse.

Il nous permet de dire que plus la vitesse du voilier est élevée, plus la force de traînée qui la freine est forte.
Donc plus la vitesse du voilier sera élevée, plus il subira des contraintes de la part du frottement avec l'eau qui le freineront, et donc, plus la force nécessaire à maintenir ou augmenter sa vitesse sera grande.



→ Lien GRAPHIQUE






------------------------------------------------




Le second grahique ci-dessous représente l'évolution de la force de traînée qui s'applique à notre voilier en fonction de la surface  immergée de sa coque .

Il nous permet de dire que plus notre voilier possède une surface immergée  élevée , plus celui-ci sera ralenti par les frottement de l' eau ...



→ Lien GRAPHIQUE






------------------------------------------------


Le troisième graphique représente l'évolution de la force de traînée qui s'applique à notre voilier en fonction du  coefficient de traînée , nombre sans unité qui dépend de la forme de l'objet, de la forme de sa carène .

Il nous montre que plus le  coefficient de traînée est élevé , plus la force de traînée sera grande et ralentira le voilier lors de ses déplacements.



→ Lien GRAPHIQUE



------------------------------------------------
------------------------------------------------






("Carène" : Voir Lexique)



 

 

 

Conclusion

Ainsi, à partir de l'étude de ces trois graphiques, nous pouvons dire que les concepteurs de voiliers rechercheront à produire des voiliers ayant une carène la plus faible possible  dans le but de créer un bateau avec une  faible traînée.
Cependant la carène doit être suffisamment  élevée pour que la poussée d'Archimède - qui dépend de la surface immergée du voilier - s'appliquant au voilier,  soit supérieure à la force de gravité  qui l'attire sous la surface de l'eau.  

Ils rechercheront aussi à produire des voiliers avec une coque  possédant le plus faible coefficient de traînée possible , et donc, moduleront la forme de la coque jusqu'à trouver une forme avec un faible coefficient de traînée.



Caractéristiques d'un voilier à respecter pour qu'il soit performant :

   • carène faible afin d'avoir la plus faible traînée que possible
   • carène suffisamment élevée pour que la poussée d'Archimède soit plus élevée que le force de gravité (afin de flotter)
   • forme de la coque profilée pour que le coefficient de traînée soit le plus faible que possible














("Carène" : Voir Lexique)

 
ce site a été créé sur www.quomodo.com