La force de Coriolis

Démonstration expérimentale de la déviation de Coriolis

Démonstration expérimentale de la déviation de Coriolis

Objectifs

   
Les effets de la "force" de Coriolis due à la rotation de la Terre ne peuvent pas s'observer dans la vie courante car ils n'ont de conséquences visibles qu'à une très grande échelle spatiale comme le montre l'exemple du camion (voir  Le rôle de la "force" de Coriolis dans le déplacement des masses d'air).

Parmi les manifestations observables de l'effet de la "force" de Coriolis due à la rotation de la Terre, on cite le plus souvent :
- l'usure plus grande des rails droits de chemin de fer qui ont un parcours rectiligne,
- la déviation des balles ou obus de canons,
- le pendule de Foucault.

Pour observer facilement l'effet d'une " force " de Coriolis, il faut réduire l'échelle spatiale et accélérer la vitesse du référentiel tournant. La vitesse de rotation d'un manège est 100 000 fois plus grande que la vitesse de rotation de la Terre. Un mobile en déplacement dans un manège en rotation est donc soumis à une " force " de Coriolis observable.

Les élèves de lycée acquièrent dans le cours de physique, les notions de force, de référentiels et de relativité du mouvement. Mais celle de référentiel tournant est hors programme. On en reste donc à une approche qualitative.

Un certain nombre de manipulations permettent, à petite échelle et grande vitesse, de visualiser le déplacement dans un référentiel tournant d'un mobile qui a dans un référentiel galiléen un mouvement rectiligne uniforme. 
 
 
Expérience n° 1 : Déplacement d'un palet sur coussin d'air

Un plateau à coussin d'air est en rotation. L'expérimentateur qui tourne avec le plateau  lance un palet.  Le coussin d'air supprime les forces de frottement.
Le palet  se déplace en ligne droite dans le référentiel de la salle considéré comme fixe. Sa direction est donnée par l'expérimentateur qui lâche le palet. Pendant que le palet se déplace, le disque tourne ainsi que l'expérimentateur. Dans l'expérience, le palet a le temps de traverser le plateau, alors qu'en dessous celui-ci décrit une courbe fermée, ce qui permet à l'expérimentateur de le récupérer. Dans le référentiel du plateau  en rotation la distance parcourue, en un même temps, par le palet est plus grande que dans le référentiel fixe : il subit une accélération de sa vitesse : la "force" de Coriolis. 

Expérience n° 2 : Lancé de ballon sur un manège

Quatre enfants, vêtus de couleurs différentes, sont assis à la périphérie d'un manège : 0° jaune, 90° rouge, 180° vert, 270° bleu. Le manège tourne.

  1. La caméra est située au-dessus du manège, dans un repère que l'on peut considérer comme fixe. Le « jaune » envoie le ballon vers le « vert » en le faisant rouler sur le sol face à lui. Qui reçoit le ballon ? C'est le « rouge », situé à 90° du lanceur. Faisons avancer les images pas à pas pour mieux voir la trajectoire du  ballon. Il décrit effectivement une courbe sur le plancher du manège. Mais si, sur l'écran de l'ordinateur, on maintient une règle près du lanceur en jaune, on constate que la balle suit une trajectoire rectiligne.
  2. Le cameraman occupe la place de l'enfant en vert. Il est dans le référentiel tournant. On observe les courbes décrites par le ballon.

Cette expérience ressemble à celle du palet mais lorsque la balle roule sur le sol du manège les forces de frottement interviennent dans le tracé de la trajectoire.