.: Développement :
Le bateau à voile avance grâce à deux objets ou deux corps d'objets qui sont indissociables l'un de l'autre pour permettre le mouvement du bateau, ce sont la voile (au sens général du terme : la voile et ses composants) et la dérive ou quille (chez les plus gros bateaux).Notre développement se déroulera en trois parties, tout d'abord nous verrons l'action de la voile, ensuite l'action de la dérive, et enfin nous verrons comment toute ces actions font avancer le bateau en ligne droite en faisant un bilan des forces.
I – L'Action de la voile
La voile est l'élément « moteur » du bateau, le vent est « l'ultra biocarburant » qui permet le déplacement du bateau d'un point A à un point B. Sans la voile le bateau est comme un bouchon qui se déplace au grée de facteurs tel que le courant,et à la prise au vent de la coque du bateau .
La voile reçoit le vent d'une façon très particulière en effet on peut remarquer et cela très facilement une première action dans les voiles, celle de la pression du vent sur la face au vent. Le vent rentre dans la voile et la gonfle, c'est la rupture du vent,ceci créant ainsi une force de pression. Ce coté au vent de la voile est donc une zone de haute pression.
Une deuxième force plus implicite est présente, celle de la dépression. Cette force est une conséquence de la pression. Suite à la pression et au gonflement de la voile, un vide d'air s'est créé derrière la voile, ce vide provoque une dépression. Ce coté sous le vent est donc une zone de basse pression.
La voile étant attirée là ou la pression est basse, c'est pour cela qu'elle se gonfle.
En 1738, le physicien Daniel Bernoulli comprit qu'une force se créait suite a cette pression et a cette dépression. De ces deux forces naissent énormément de forces dont la résultante a pour sens celui de la pression :
Application du principe de Bernoulli au parapluie
Appliquons maintenant le principe de Bernoulli au cas de la voile :
Application du principe de Bernoulli a la voile
Le force résultante de la pression du vent dans la voile est , avec d'autre responsable de l'avancement du bateau. Cette force résultante est appelée force aérodynamique.
II – L'action de la dérive
Dans un bateau à voile la dérive a un but très important, si la coque se trouvait juste à la surface de l'eau sans dérive, le bateau avancerai au grès du vent et dans son sens. Suite à l'arrivé du vent sur un bord du bateau, une force de dérive se crée : La composante de dérive.
Nous avons voulu vérifier que sans dérive le bateau avançait dans le sens du vent, et s'en éloignait. Voir rubrique Expérience, l'expérience 1.
C'est pourquoi il y a nécessité d'avoir une coque muni d'une dérive (ou quille), celle-ci permet de résister à la composante de dérive et ainsi éviter que le voilier avance en « crabe » et aussi contrôler sont orientation.
Nous avons aussi voulu vérifier qu'avec une dérive le bateau résistait a la composante de dérive, et gardait son orientation. Voir dans la rubrique Expérience, l'expérience 2.
De l'action de la dérive naissent deux forces appelées :
- Portance, qui compense directement la composante de dérive - Traînée, qui est du aux frottements de l'eau
III – Bilan des forces
1/Force Aérodynamique
La force aérodynamique est la résultante des forces suivantes :
- La composante de dérive - La composante propulsive
2/Force Hydrodynmique
La force Hydrodynamique est la résultante des forces suivantes :
- La portance - La traînée
3/Deux forces qui se compensent
La force Aérodynamique et la force hydrodynamique, qui sont en fait représentatives de la force du vent et de la dérive, se compensent parfaitement. Toutes les forces qui s'appliquent sur le voilier se compensent donc, on peut alors appliquer le principe d'inertie.
Principe d'inertie : Tout corps persévère en mouvement rectiligne uniforme si toutes les forces qui s'appliquent sur lui se compense.
L'accélération du bateau est due au fait qu'au début la force de traînée est presque nulle, à ce moment la force propulsive n'est donc plus contrée. Mais la traînée augmente au fur et à mesure que le bateau prend de la vitesse jusqu'à ce qu'elle compense la force propulsive.