Les 4 forces requises au vol d’un kite
Un kite peut voler grâce à quatre forces, communément appelées les quatre forces du vol. Ces forces sont : la poussée, le poids, la portance et la traînée. Pour qu’un kite puisse voler, nous avons besoin de vent (la poussée), nous avons besoin qu’il soit attaché au pratiquant (poids) et nous avons besoin d’une puissance aérodynamique. Cette puissance est la combinaison de la portance et de la traînée, qui sont créées par l’angle d’attaque (AOA) ou (la cambrure) de l’aile.
Décortiquons ensemble ces 4 forces.
1 – La poussée
La poussée ou le flux d’air est l’écoulement de l’air autour d’un objet. C’est l’élément primordial pour faire voler une aile de tout type. Par exemple : l’avion crée un vent induit en utilisant ses moteurs. Le kite, quant à lui, a absolument besoin d’un vent réel pour voler. Il faut aussi savoir que la densité de l’air aura une incidence sur la puissance aérodynamique du kite.
2 – Le poids
Le poids total est composé du poids du pilote, de l’équipement qu’il porte, du poids du kite et de la barre. Il faut également ajouter à cette équation la résistance créée sur l’eau ou au sol. Plus nous appliquons de pression sur la carre d’une planche, plus la résistance augmente.
Un pratiquant expérimenté peut naviguer avec plus de puissance, car sa position sur la planche est d’autant plus efficace.
3 – La portance
Il y a deux théories qui expliquent comment la portance est créée: le principe de Bernouilli et la troisième loi de Newton.
3 – A. Le principe de Bernoulli
Quand le vent rencontre le bord d’attaque, le flux d’air se sépare en deux et continue sa trajectoire jusqu’au bord de fuite. Ce flux d’air se déplace plus rapidement sur l’extrados (face supérieure de l’aile) que sur l’intrados (face inférieure de l’aile).
Quand la vitesse d’un fluide augmente, la pression baisse, ce qui crée une dépression. À l’opposé, quand un fluide ralentit, la pression augmente, ce qui crée une surpression. La différence de pression entre l’intrados et l’extrados crée une force ascendante appelée la portance. Cette théorie est connue sous le nom de principe de Bernoulli, qui porte le nom de son découvreur Daniel Bernoulli, un mathématicien et physicien du 18e siècle.
L’équation de Bernoulli concerne
la pression d’un flux d’air qui varie autour d’un objet.
À ce jour, nous ne pouvons toujours pas expliquer pourquoi l’air circule plus rapidement sur l’extrados que sur l’intrados.
Une fausse théorie supposait que les deux filets d’air se retrouvaient, en même temps, au bord de fuite, créant ainsi cette différence de vitesse. Grâce aux différentes expériences, il est prouvé que le filet d’air qui circule plus lentement ne rattrapera jamais le filet d’air qui circule plus rapidement.
3 – B. La troisième loi de Newton
La troisième loi de Newton nous est également utile pour comprendre la portance du kite. Cette théorie est citée ainsi :
« L’action est toujours égale à la réaction : c’est-à-dire que les actions de deux corps l’un sur l’autre sont toujours égales et de sens contraires. »
— Isaac Newton
Isaac Newton, un physicien et mathématicien de grande renommée, a présenté les 3 lois du mouvement en 1686. On retient de cette théorie que si un objet A applique une force sur un objet B, l’objet B aura une réaction et appliquera une force et une intensité égale à l’objet A, mais dans le sens opposé (vers l’objet A).
Donc, lorsque le vent rencontre une aile, la déviation de l’air, qui est poussé vers le bas, produit une force ascendante qui est appelée la portance. La force créée par cette réaction va dépendre de l’angle d’attaque. Un angle d’attaque plus prononcé va pousser plus d’air vers le bas et créer une portance plus importante.
L’angle d’attaque est l’action que l’aile impose au flux d’air et la portance est la réaction.
3 – C. En conclusion
Daniel Bernoulli et Isaac Newton n’ont jamais
Par contre, ils ont inventé deux théories
essayé d’expliquer la puissance aérodynamique.
qui nous ont permis de comprendre LA PORTANCE et d’avancer technologiquement.
4 – La traînée
« En mécanique des fluides, la traînée est la force qui s’oppose au mouvement d’un corps dans un liquide ou un gaz et agit comme un frottement. Mathématiquement, c’est la composante des efforts exercés sur le corps, dans le sens opposé à la vélocité relative du corps, par rapport au fluide. » – © Copyright auteur(s) de Wikipédia – Cet article est sous CC BY-SA 4.0
Quand le vent rencontre un objet comme le kite, une résistance est créée par la friction de l’air. Cette résistance est une force qui s’exerce dans la même direction que le vent. Celle-ci, qu’on appelle la traînée, est présente sur tout corps qui est en contact avec le vent (la surface du kite, les lignes, la barre, etc.), mais elle est plus importante sur le bord d’attaque et sur le bord de fuite.
La traînée s’applique sur tout corps se déplaçant dans un fluide et ralentit celui-ci.