À propos de cette expérience
Faites glisser un palet sur un manège en rotation, sans frottement. Vu d’en haut, le palet suit une ligne parfaitement droite, mais le disque tourne sous lui : une personne qui se trouve dessus voit donc le palet dévier de la direction visée. La Terre est elle aussi un immense disque en rotation : les vents et les courants océaniques qui parcourent de longues distances sont déviés vers la droite dans l’hémisphère Nord et vers la gauche dans l’hémisphère Sud. Comparez les deux points de vue sur le même lancer, puis passez à la Terre pour voir de combien une poussée d’air est déviée selon la latitude.
Objectifs pédagogiques
- Expliquez que l’effet Coriolis est une déviation apparente observée depuis un référentiel en rotation.
- Prédisez la direction de la déviation dans les hémisphères Nord et Sud
- Expliquez pourquoi l’effet est le plus fort près des pôles et absent à l’équateur
- Utilisez le paramètre de Coriolis f = 2Ω sin φ pour estimer la taille des cercles d’inertie
- Reliez l’effet de Coriolis à la rotation des grandes tempêtes et aux ceintures de vents planétaires
Comment l’utiliser
- 1Appuyez sur « Lancer » en conservant les réglages par défaut. Comparez la trajectoire dans les deux vues. Laquelle est droite ?
- 2Observez la ligne de visée en pointillés dans la vue extérieure. Où se trouve la cible lorsque le palet atteint le bord ?
- 3Doublez la vitesse de rotation, puis divisez par deux la vitesse de lancer. Quels changements font atterrir le palet plus loin de la cible ?
- 4Activez « Tourner dans le sens horaire ». Dans quelle direction le cycliste voit-il maintenant le palet dévier ?
- 5Passez à « Sur Terre ». Poussez l’air à 45° nord et observez-le pendant un tour complet. Essayez ensuite à 10°, 0° et −45°.
- 6À 45° nord, doublez la vitesse du vent. Que se passe-t-il pour la taille du cercle et le temps nécessaire pour le parcourir ?
Le modèle
Hypothèses
- Le palet glisse sans frottement et ne rebondit pas. Il quitte le disque lorsqu’il atteint le bord.
- La personne qui lance le palet se déplace avec le disque ; le palet commence donc avec la vitesse latérale du point d’où il est lancé.
- Sur Terre, l’air reçoit une impulsion unique, puis aucune différence de pression, aucun frottement ni aucune autre force n’agit sur lui ; il se déplace donc sur un cercle d’inertie dans une petite région plane autour d’une latitude.
- La variation de f avec la latitude à travers le cercle est négligée, et l’effet centrifuge de la rotation est considéré comme faisant partie de la gravité.
À essayer en classe
- Q1Pourquoi une personne qui tourne avec le disque dit-elle qu’une force pousse le palet latéralement, alors qu’une personne qui observe depuis le dessus dit qu’aucune force latérale n’agit ?
- Q2Pourquoi les ouragans tournent-ils dans le sens inverse des aiguilles d’une montre dans l’hémisphère Nord, alors que l’effet Coriolis dévie l’air en mouvement vers la droite ?
- Q3Pourquoi les ouragans ne se forment-ils presque jamais à moins d’environ 5° de l’équateur ?
- Q4Un évier mesure environ 0,5 m de large et se vide en 20 s. Utilisez f = 2Ω sin φ pour expliquer pourquoi l’effet Coriolis ne détermine pas le sens de l’écoulement.
- Q5L’artillerie à longue portée et les missiles doivent tenir compte de l’effet Coriolis, mais pas les ballons de football. Pourquoi ?
Foire aux questions
La force de Coriolis est-elle une force réelle ?
On l’appelle force fictive ou force d’inertie. Rien ne pousse le palet latéralement. Elle n’apparaît que lorsqu’on décrit le mouvement depuis un référentiel en rotation, comme le disque ou la Terre, et elle y est nécessaire pour que les lois du mouvement s’appliquent.
L’effet Coriolis fait-il s’écouler l’eau des toilettes dans des sens opposés dans chaque hémisphère ?
Non. Pour l’eau dans un évier ou des toilettes, l’accélération de Coriolis est des millions de fois plus faible que d’autres effets, comme la forme du récipient et la façon dont l’eau a été versée. Elle n’intervient que pour des mouvements sur de grandes distances ou de longues durées, comme les systèmes météorologiques et les courants océaniques.
Pourquoi la déviation dépend-elle de la latitude ?
Seule la composante de la rotation de la Terre autour de la verticale locale fait tourner le mouvement horizontal. Aux pôles, le sol tourne entièrement autour de la verticale, tandis qu’à l’équateur, il ne tourne pas du tout autour de celle-ci ; ainsi, f = 2Ω sin φ passe de sa valeur maximale à zéro.