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Pourquoi vitesse égal équilibre ?

Frédéric Besnard , Nice le 25 novembre 2008

Quel truc ne comprenez-vous pas et que vous aimeriez qu'on vous explique ?

Pourquoi quand on fait du roller par exemple, on tient en équilibre sur un pied, alors qu'on ne pourrait pas à l'arrêt ? Si on a une vitesse constante, il n'y a pas de nouvelle force qui vient s'ajouter au bilan.
Nb : j'ai pris l'exemple du roller, et pas du vélo, pour qu'on puisse ignorer l'effet gyroscopique des roues.

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Vos réactions

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Michel
Une des explications est ce qu'on appelle la "conservation du moment de rotation".
Pour faire simple, un corps en rotation a tendance à garder son axe de rotation, et donc à moins facilement se mouvoir dans une autre direction. Une roue qui tourne à donc tendance à rester dans le même plan et la faire dévier (donc l'incliner) est d'autant plus difficile qu'elle tourne vite. Elle n'a donc pas "plus d'équilibre" mais est plutôt "plus difficile à déséquilibrer".

Pour vous en convaincre prenez une roue de vélo entre vos mains par l'axe (une main de chaque côté). Lorsque la roue est à l'arrêt vous pouvez l'incliner très facilement. Tenez la droite et demandez à quelqu'un de la faire tourner, essayez ensuite de l'incliner, vous verrez que cela vous demandera un effort plus important
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Helmut
Dans le cas du cerceau roulant ou de la toupie, comme dans tous les cas où aucune "intelligence supérieure" n'intervient, je pense que le système jouit d'une stabilité naturelle, soit par la position favorable du centre de gravité par rapport au centre de poussée, soit par un effet dynamique, par exemple de type gyroscopique. Sinon, un système naturellement instable peut, dans certaines conditions, être stabilisé par l'intervention d'un mécanisme d'asservissement simple (par exemple un thermostat) ou compliqué (un ordinateur) ou super-compliqué (un homme). C'est ainsi qu'on arrive à maintenir en vol des avions de chasse (qui seraient bien incapables de planer) ou en équilibre un acrobate à l'arrêt sur un vélo à une roue
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Florian
Euh, sauf que l'homme n'intervient pas ! C'est le même principe que pour un cerceau: impossible à faire tenir à l'arrêt, alors qu'un enfant pour le faire rouler en équilibre très longtemps ! Je pense que c'est la première réponse qui est le plus dans le vrai, une inclinaison trop faible du cerceau sera compensé par une autre force. Cependant, la force centrifuge c'est plutôt pour les trucs qui tournent, pour quelqu'un qui glisse en roller c'est pas vraiment la même histoire..
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Daniel
Pour compléter, je dirais que cela dépend de la fabrication du cadre du vélo : selon que l'axe du guidon pointe vers le sol en avant ou en
arrière du point de contact de la roue avec le sol, il sera sous-vireur
ou sur-vireur. Cela s'explique facilement: en tournant la roue, dans
le premier cas, on élève le centre de gravité et donc la pesanteur agit
pour redresser le guidon. On doit faire un compromis entre la sécurité de ce redressement automatique et le désir de pouvoir tourner sans s'épuiser
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Jean-Christophe
Et celui qui n'est pas convaincu par ces explications et pense que l'effet gyroscopique peut le sauver n'a qu'à essayer de rouler à vélo en laissant ses roues se guider dans un rail de tram. La démonstration est aussi imparable que fracassante.
Conclusion: un vélo n'est pas fait pour la ligne parfaitement droite; les autres moyens de déplacements évoqués non plus
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Alain
Force centrifuge... Oui...
Mais j'ai une autre vision de ce phénomène. Pour l'explication je reprendrai l'exemple du vélo. ( remarque: l'effet gyroscopique n'intervient pas dans l'équilibre, ce n'est qu'un effet très secondaire).

Dans sa trajectoire le vélo n'est pas en équilibre ! Il tombe.
Quand il tombe vers la droite le cycliste s'empresse de rattraper la chute en modifiant sa trajectoire vers la droite. Il revient ainsi très vite à l'équilibre mais pour un temps extrêmement court puisqu'il retombe aussitôt vers la gauche. Mais cette chute n'est pas instantanée, elle est même assez lente. Le cycliste voyant qu'il va tomber vers la gauche s'empresse de tourner à gauche et il revient à l'équilibre... Mais pour quelques millièmes de secondes seulement.
A nouveau il va chuter vers la droite. Et le cycle se répète aussi longtemps que le vélo roule.
Si un véritable équilibre se produisait on pourrait rouler en ligne droite avec le guidon bloqué or c'est impossible.
(on pourrait faire la même analyse pour le mouvement du roller)
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Daniel
L'effet gyroscopique des roues n'est pas la véritable explication de l'équilibre à bicyclette. Un autre effet est aussi (sinon plus) efficace et c'est cet effet qui intervient pour l'équilibre à ski, sur un skate, ou autre engin de plage ou de glisse:
Il s'agit de la force centrifuge qui permet de redresser un début de chute en amorçant un petit virage. Plus on va vite plus cette force extérieure au virage est importante. C'est aussi ce qui explique qu'il est très difficile de skier sur de la glace car l'appui sur les carres pour se diriger est incertain
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