La portance
Définition
La portance est la force aérodynamique qui permet à un avion de décoller, de maintenir son altitude et de se déplacer dans l'air. La portance est la force qui attire l'avion vers le haut, donc qui s'oppose directement au poids de l'avion qui l'attire vers le bas.
Point de vue moléculaire
Avant de comprendre ce qui créait la portance, nous allons voir comment elle fonctionne du point de vue fondamentale. Les molécules d'air sont en permanence en mouvement rapide, environ 350 m/s et rentrent en collision les unes avec les autres à un rythme effréné. Chacune subit plusieurs milliards de collisions par seconde, ce qui signifie que tous les objets et nous-même sont en permanence frappée par ces molécules.
À l'arrêt, une aile d'avion reçoit autant de collisions de ces molécules sur sa face inférieure que sur sa face supérieure de l'aile, ce qui fait que toutes les forces se compensent. Cependant, quand l'aile est en mouvement dans l'air, il y a légèrement plus de molécules qui rentre en collisions sur la face inférieure que sur la face supérieure. Cette différence de collisions pousse donc l'aile vers le haut. C'est comme si 10 rugbymen poussèrent la face inférieure de l'aile et que seulement 3 poussai la face supérieure.
C'est donc dû à la différence de densité de l'air entre le dessus de l'aile et le dessous, la densité étant la quantité de molécule présente. La densité de l'air est donc plus forte en bas de l'aile (surpression), que sur le dessus de l'aile (dépression). Il nous reste plus qu'à savoir d'où vient cette différence de pression.
Principe de Bernoulli
Pour comprendre d'où vient cette différence de dépression, il faut étudier le principe de Bernoulli. C'est un concept important dans la compréhension de la portance. Bernoulli a établi une relation mathématique entre la pression et la vitesse de l'air. Cette constante dit que plus la vitesse de l'air augmente, plus la densité de l'air diminue. C'est ce qui se passe au-dessus de l'aile d'un avion, une aile est conçue pour que l'air passant au-dessus de celle-ci soit accéléré, ce qui permet ainsi de diminuer la densité et de créer une zone de dépression. La portance est donc créait par l'accélération de l'air au-dessus de l'aile.
Principe de Newton
Le principe de Newton permet d'avoir une vue plus dézoomer sur le phénomène de portance. Pour mieux comprendre, il faut savoir que l'air est légèrement dirigé vers le bas en sortie de l'aile, en raison de la légère inclinaison de celle-ci. Selon la deuxième loi de Newton, pour que l'air subisse un changement de vitesse, il doit nécessairement avoir subi une force par l'aile. Donc, selon le principe d'action-réaction de Newton, si l'aile exerce une force sur l'air, l'air exerce une force opposée sur l'aile, donc vers le haut vu que l'on sait que l'air est dirigé vers le bas. C'est cette force vers le haut qui créait la portance.
Grâce à Newton, nous savons donc qu'il y a bien une force poussant l'aile d'un avion vers le haut, et grâce au principe de Bernoulli, nous savons comment cette force est créée.
Flux d'air dirigé vers le bas
Conclusion
En résumé, la portance est le résultat de plusieurs principes physiques qui agissent ensemble. La différence de collisions moléculaires entre la face supérieure et inférieure de l'aile crée une pousser vers le haut, tandis que le principe de Bernoulli explique comment l'accélération de l'air sur la face supérieure de l'aile diminue la pression de cette air. Le principe d'action-réaction de Newton explique comment cette différence de pression crée une force vers le haut qui génère la portance.
Source(s) : ScienceEtonnante, lavionnaire, LeP'titLibé