Une conversation au début des années 1900:
Tom : Jerry, j’entre sur le terrain de golf. N’hésitez pas à me rejoindre.
Je devrais sélectionner la balle la plus lisse possible dans le panier. Oups ! Il n’y a plus qu’une seule inutilisée. Laissez-moi utiliser la dernière.
Jerry : C’est tellement méchant ! Je n’ai pas le choix.
Tout le monde préfère jouer avec une balle toute neuve. La notion est que les balles plus lisses ont moins de résistance pour voyager dans l’air, donc voyage une plus longue distance. À la fin du premier tour :
Tom : Qu’est-ce qui vient de se passer ? En principe, la balle que j’ai frappée aurait dû parcourir une plus grande distance, ce qui n’est pas le cas.
C’était l’idée derrière le fait d’avoir des irrégularités ou des « simples » dans une balle de golf. Depuis, de nombreuses recherches ont été menées pour découvrir la combinaison parfaite de ces irrégularités.
Oui, vous avez bien lu, la combinaison parfaite (symétrie) pour l’irrégularité.
Aérodynamique des balles de golf : Fossettes et dynamique des fluides
Les fossettes des balles de golf et leur impact sur la balle qui se déplace dans l’air peuvent être décrits à l’aide de la dynamique des fluides.
Basiquement, il existe deux types d’écoulements dynamiques des fluides : laminaires et turbulents. En général, de nombreuses applications de la vie réelle sont de nature turbulente. Ceci peut généralement être obtenu à partir d’un facteur appelé nombre de Reynolds. Dans le scénario actuel, lorsque la balle est lisse, elle donne lieu à quelque chose de proche d’un écoulement laminaire. Dans ce cas, l’écoulement du fluide en aval se détache de la surface de la boule sous forme de tourbillons. Ce phénomène, appelé séparation des flux, donne lieu à un sillage visqueux derrière la balle qui la ralentit.
Que font les fossettes des balles de golf ? Les fossettes agissent comme des turbulateurs artificiels, créant des turbulences à côté de la surface de la balle et créant deux couches d’air allant autour de la balle. La couche supérieure va plus vite que la couche inférieure, c’est-à-dire que l’air s’accroche à la surface de la balle, ce qui crée des turbulences. Cela réduit la résistance et aide la balle à voyager plus loin qu’une balle lisse. Voici un autre nouveau terme : la traînée. La traînée est une composante de la force qui résulte de la différence de vitesse entre un corps solide et un corps fluide, et qui s’oppose au mouvement du solide dans l’air – dans ce cas, la balle de golf. Une balle de golf à fossettes a probablement deux fois moins de résistance qu’une balle lisse. Revenons maintenant à notre histoire ; la réduction de la traînée permet au vol de la balle de golf d’être plus rapide en raison de la diminution de la résistance.
Similaire à la traînée, il existe une autre composante appelée « lift ». La portance se produit lorsque le fluide est tourné par le solide, ce qui crée une force opposée. Si la balle tourne d’une manière qui pousse l’air vers le bas, la balle subit une force ascendante. Il est important de noter que ce facteur n’entre en jeu que lorsque la balle tourne. Pourquoi ? L’action de rotation rend la pression de l’air sur la partie inférieure de la balle plus élevée que la pression de l’air sur la partie supérieure, et ce déséquilibre crée une force ascendante sur la balle. La rotation de la balle contribue à la moitié de la portance de la balle de golf. L’autre moitié de la portance est fournie par les fossettes de la balle de golf, ce qui permet d’optimiser la force de portance.
Discutons plus en détail de l’aérodynamique de la balle de golf. Lorsque la balle tourne autour d’un axe perpendiculaire au plan dans lequel elle se déplace, nous ressentons une portance. Mais que se passe-t-il si la balle tourne autour de l’un des deux autres axes ? C’est le fameux coup de pied en fusée de Roberto Carlos ou de Beckham au football. Le ballon se déplace alors comme un projectile, et cet effet est appelé « effet Magnus ». Un effet similaire peut être observé dans le jeu de cricket lorsqu’un lanceur rapide tente de faire pivoter la balle.
Le nombre de fossettes sur la balle de golf est généralement compris entre 330 et 500. Les balles de golf sont généralement recouvertes de fossettes de manière très symétrique. La balle vacillera si elle n’est pas symétrique, ou son vol dépendra de la partie de la balle orientée vers l’avant ou vers le côté lorsque la balle tourne.
Supposons qu’il y ait des fossettes sur un seul côté de la balle. La balle a tendance à se courber vers le côté avec les fossettes puisque le sillage est généré vers le côté qui est lisse. Par exemple, si la balle représentée sur la figure ci-dessous est frappée dans la même direction de visée, elle se dirigera vers la gauche.
J’espère que cet article vous a été utile pour comprendre l’aérodynamique des balles de golf et l’impact de la dynamique des fluides dans les sports. Si vous souhaitez essayer une simulation par vous-même, vous pouvez créer un compte SimScale gratuit et commencer une analyse en quelques minutes seulement. Elle fonctionne à 100 % dans le cloud, donc aucun matériel ou installation n’est nécessaire.
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