TP1 : Rotation de la Terre et mouvements atmosphériques - modèle expérimental

Expérimentation

1 - Simulation des mouvements de l'air sans rotation terrestre

Observations

Conclusion

Sans rotation terrestre le mouvement de l'air serait RADIAL à proximité d'une dépression ou d'un anticyclone.

2 - Simulation des mouvements de l'air avec rotation terrestre

La Terre tourne, autour de l'axe polaire, d'ouest en est. Un observateur se trouvant au-dessus du pôle Nord ou du pôle Sud, voit le sol tourner respectivement dans le sens antihoraire ou horaire.

a) Hémisphère NORD : le plateau doit tourner dans le sens antihoraire

  Observations

  Conclusion

  Dans les deux cas la trajectoire de l'air est déviée à DROITE par rapport à celle du mouvement sans rotation terrestre.

• antihoraire autour d'une dépression

• horaire autour d'un anticyclone.

b) Hémisphère SUD : le plateau doit tourner dans le sens horaire

Observations

Conclusion

La trajectoire de l'air est déviée à GAUCHE par rapport à celle du mouvement sans rotation terrestre.
La circulation se fait dans le sens :

• horaire autour d'une dépression,

• antihoraire autour d'un anticyclone.

  3 - Simulation des mouvements pour un couple (anticyclone + dépression)

Il faut adjoindre un deuxième tube alimenté par un autre réservoir. La distance entre les deux tubes est de 4 à 5 cm.

  Observation des mouvements

L’aspect du "nuage de permanganate" dépend de la vigueur relative de l'anticyclone et de la dépression.

Conclusion

L'air circule de l'anticyclone vers la dépression.
La circulation, au VOISINAGE de chaque centre actif, se fait selon les conclusions des paragraphes précédents.

4 - Conseils pour l'expérimentation

Avant de produire l'anticyclone ou la dépression) avec rotation, attendre un temps suffisant afin que l'eau soit immobile par rapport au cristallisoir. Saupoudrer un peu de sciure de bois sur la surface pour vérifier l'immobilité relative. Pour réduire le temps d'attente on peut coller, sur le pourtour du cristallisoir, une mousse du genre de celle utilisée pour les filtres de hotte.

  Lorsque l'eau est en immobilité relative, mettre en place les grains de permanganate de potassium à l'aide d'une pincette, puis retirer l'obturateur du réservoir. Il est possible de disperser les traînées inutiles avec une petite spatule, ce qui permet de faire plusieurs essais avec la même eau et les mêmes grains de permanganate.

Changer l'eau quand elle est trop colorée.

  a) Veiller à la verticalité du tube produisant la dépression ou l'anticyclone.

  b) Eviter le régime turbulent surtout quand les grains de permanganate sont grands (prendre des grains de dimension inférieure à 2 mm) ; un régime laminaire donne des "nuages" de permanganate beaucoup plus nets.

  c) Ne pas trop éloigner les grains de permanganate des centres actifs ni de l'axe de rotation ; pour de grandes distances à cet axe, l'effet de la force d'inertie centrifuge, produite par la différence de densité entre l'eau et la solution de permanganate n'est plus négligeable ;

  d) Doser l'efficacité des dépressions et des anticyclones en agissant sur :

• la dénivellation plus ou moins grande entre l'eau du réservoir et celle du cristallisoir ; en général, cette dénivellation est inférieure à 4 cm sauf pour la dépression sans rotation où elle est de l'ordre de 6 à 8 cm ;

• la hauteur d'eau dans le cristallisoir (en moyenne 1 à 2 cm) ; une faible hauteur augmente l'efficacité de la dépression mais risque de produire un régime turbulent avec l'anticyclone ;

• la hauteur de la cale placée sous le cristallisoir ; pour une même quantité d'eau totale dans le réservoir et le cristallisoir, une cale supplémentaire de 1 à 2 cm augmente l'efficacité de la dépression et diminue celle de l'anticyclone.

  e) Commencer par la mise en route de la dépression avant celle de l'anticyclone dans le cas de la combinaison des deux centres actifs.
Il est facile d'amorcer le siphon ; il suffit de mettre de l'eau dans le cristallisoir, puis de placer sa bouche sur l'ouverture du réservoir et enfin d'aspirer.

  Lors de la mise en rotation de l'eau, contenant un grain de permanganate, on observe une traînée ressemblant à celle obtenue avec un anticyclone. Elle est due à l'inertie au démarrage. Lorsque l'eau est immobile par rapport au cristallisoir en rotation, le "nuage" de permanganate s'étale en une large tache.

  Pour montrer les essais à un groupe d'élèves il est bon de bien éclairer le dispositif et de le placer sur le sol de manière favoriser une vue plongeante sur le cristallisoir. On peut aussi envisager de construire un système avec socle et plateau en plexiglas puis d'en projeter une image sur un écran.