Effet Magnus

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Illustration de l'effet Magnus sur une balle.

L’effet Magnus, découvert par Heinrich Gustav Magnus (1802-1870), physicien allemand, permet notamment d’expliquer les effets de balle dans le sport et le fonctionnement de certains modes de propulsion.

Quand la vitesse d'un fluide (comme l'air) augmente, sa pression diminue, et réciproquement, comme l'indique l’équation de Bernoulli^[1]. Or la rotation d'un objet diminue différemment la vitesse de l'air autour de lui si cet objet se déplace par rapport à l'air (ou si l'air se déplace)

Balistique

Lorsqu'une balle en rotation se déplace dans l'air, elle va par frottement modifier la vitesse du courant d'air autour d'elle. L'effet sera dissymétrique : d'un côté la balle entraîne l'air qui accélère. De ce côté la pression diminue. De l'autre côté la balle freine l'écoulement d'air et la pression augmente. On aura donc une différence de pression et la balle va se déplacer du côté où la pression est plus faible. Selon la vitesse de rotation de la balle, la position des points où la vitesse est respectivement minimale et maximale (et donc le sens de la force appliquée) varie.

Par exemple, si la balle roule au sol, la vitesse relative de l'air par rapport à sa surface supérieure augmentera. Si elle tourne de la même façon en l'air, la vitesse de l'air par rapport à sa surface inférieure diminuera. on aura une légère surpression en haut et une légère dépression en bas de la balle, qui plongera plus vite vers le sol. Dans le sens contraire, elle sera soulevée et aura une trajectoire plus rectiligne pendant sa montée, avant de reprendre la trajectoire en cloche, elle volera plus loin avant de toucher le sol.

C'est cet effet qui explique par exemple la trajectoire travaillée des tirs de coups-francs au football, l'effet lifté au tennis, l'allongement de la portée des répliques d'airsoft (système Hop-Up) ou l'effet de rotation d'une balle de tennis de table.

Un engin comme le boomerang exploite des effets similaires.

Inversement, l'effet Magnus participe à l'imprécision des armes à feu à canon non rayé et utilisant une balle (ou un boulet) sphérique: avec ces armes, au sortir du canon la munition a une rotation très variable, et elle se comporte de façon non moins variable.

Propulsion (par rotors Flettner)

L'utilisation de l'effet Magnus a été proposé pour mettre au point des systèmes de propulsion composés de gros cylindres verticaux en rotation capables de produire une poussée longitudinale lorsque le vent est sur le côté.

• Baden-Baden)

L'Allemand Anton Flettner fit transformer le schooner trois mâts Buckau dans les chantiers Germania de Kiel (Allemagne) et acquit avec lui une première expérience avec ce principe de propulsion. Le Buckau, qui fit son premier voyage d'essai en 1924 équipé de deux rotors, était mû par un moteur auxiliaire à hélice par calme plat (absence de vent) et lorsque l'espace nécessaire pour louvoyer était limité. Après plusieurs essais par différentes conditions de vent, le Buckau rebaptisé Baden-Baden traversa l' Atlantique et rallia New York le 9 mai 1926.

• Weser de Brême construisirent pour l'armateur hambourgeois Rob. M. Sloman jr. le Barbara jaugeant 2077 tonneaux et le mirent en service le 28 juillet 1926. La marine commerciale du Reich équipa ce cargo de trois rotors Flettner pour assister le système de propulsion. Avec un vent de force 4 Beaufort, il atteignait 4 nœuds vent debout, et même 9 vent en poupe. Malgré cela, le principe de la propulsion par rotors Flettner perdit vers 1930 la course à la rentabilité face à des navires à hélice ou à voiles classiques.