Définition du gyroscope
Un objet qui tourne autour d’un axe est un gyroscope. Ainsi, la terre, une roue de bicyclette, une hélice d’avion, un boomerang sont des gyroscopes.
Le gyroscope est composé d’une masse tournant autour de son axe, lorsque la masse est en rotation, son axe tend à se maintenir parallèle à lui-même et à s’opposer à toute tentative de changement d’orientation.
Ce mécanisme fut inventé en 1852 par le physicien Jean Bernard Léon FOUCAULT dans le cadre de ses études sur la rotation terrestre.
Si un gyroscope est installé sur une suspension à cardans (deux pivots) permettant à la roue de s’orienter librement dans toutes les directions, son axe se maintiendra orienté quel que soit les mouvements du support.
La précession gyroscopique
Si on exerce une force sur un gyroscope en rotation, son axe ne s’orientera pas dans la direction de la force exercée mais dans une direction perpendiculaire à celle-ci
EXEMPLE : Quand un cycliste roule sur un vélo à une vitesse moyenne, disons 30 km/h, les deux roues étant des gyroscopes, l’effet gyroscopique l’aide à stabiliser son vélo (car les gyroscopes n’ »aiment » pas les changements de direction)
Quand un cycliste lâche le guidon, quand il s’incline à droite, la précession gyroscopique fait que la roue « s'oppose » à l'inclinaison vers la droite et réagit à la force imposée en tournant son axe de rotation vers la droite.
Action : le cycliste incline la roue en rotation vers la droite,
Réaction : l’axe de rotation bascule vers la droite, le guidon tourne vers la droite.
Constatation : c'est comme si en exerçant une force au sommet de la roue vers la droite on avait en fait appuyé à l'avant de la roue (Basculement de 90° de la force).
A l’arrêt, un cycliste ne bénéficie pas de la précession gyroscopique, s’il se penche à l’arrêt, il tombe sur le côté, la roue n'a pas change d'orientation, mais par contre il a mal...
La précession gyroscopique appliquée au boomerang
Sur le boomerang, cette précession va faire que le boomerang va décrire une trajectoire courbe au cours de son vol.
Si nous prenons un boomerang, bipale, tripale ou autre, il s'agit bien un objet en rotation (plus de 1000 tours / minute selon la police) autour d'un axe.
La force aérodynamique (Portance) est perpendiculaire au plan de rotation.
On se retrouve un peu comme le cycliste qui s'incline sur son vélo, il tente de faire basculer l'axe de rotation de sa roue et la roue tourne sous l'effet de la précession gyroscopique.
Le boomerang subit des forces aérodynamiques qui tentent de faire basculer son axe de rotation, le phénomène de la précession prend la forme d'une force qui va tourner le plan de rotation du boomerang.
Sans précession gyroscopique, le boomerang irait tout droit et son plan de rotation basculerait..
La vidéo de gyroscope ci dessous devrait illustrer ce propos .
Illustration de la précession gyroscopique.
Une autre vidéo bien plus scientifique :
