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Version du 24 avril 2020 à 12:32

Comment fonctionne cet instrument d’orientation qui indique le Nord ? Pourquoi une boussole indique-t-elle toujours cette position ?

Auteur Alexis H | Dernière modification 21/02/2022 par Robin Quinsac

Difficulté

Facile

Durée

20 minute(s)

Disciplines scientifiques

Science de la terre, Physique

Comment fonctionne cet instrument d’orientation qui indique le Nord ? Pourquoi une boussole indique-t-elle toujours cette position ?

Difficulté

Facile

Durée

20 minute(s)

Disciplines scientifiques

Science de la terre, Physique

Licence : Attribution (CC-BY)

Boussole_Boussole.jpg

Video d'introduction

Dailymotion

Matériel et outils

Étape 1 - Réunir le matériel

Prépare :

Un aimant puissant
Un bouchon de liège
Un trombone (ou une épingle/aiguille)
Un cutter
Une bassine remplie d'eau
Une pince coupante (facultatif)

...Attention avec le cutter ou la pince coupante !

Étape 2 - Préparer l'expérience

Coupe une rondelle de bouchon de liège
Verse de l’eau dans la bassine
Déplie le trombone et coupes-en un bout.
Frotte une des extrémités du trombone avec l’aimant (si on a une épingle ou une aiguille, il suffit de la frotter avec l'aimant de la même manière)

Étape 3 - Réaliser la manipulation

Dépose le bouchon sur l'eau, pose le trombone ou l'aiguille sur le bouchon et observe ce qu'il se passe !

Comment ça marche ?

Observations : que voit-on ?

Dès qu’on lâche le bouchon sur l’eau, il se met à tourner doucement pour se maintenir dans une position.

Mise en garde : qu'est-ce qui pourrait faire rater l'expérience ?

Le trombone/aiguille/épingle doit être en métal, tu peux vérifier ton matériel auparavant en vérifiant qu'il réagit à l'aimant (sans que ça touche, mais que ce soit attiré).
Une seule partie du trombone/aiguille/épingle doit être magnétisé. Si les deux extrémités sont magnétisées grâce à l'aimant, alors cela ne fonctionnera pas.

Explications

En frottant le trombone avec l'aimant, l'aimant donne au trombone une particularité que l'on appelle le magnétisme. Cela permet aux objets dits "magnétiques", d'indiquer la position d'objets tels que les aimants. Le trombone ainsi magnétisé indique le nord de notre planète !

On met le trombone avec le liège sur l'eau pour permettre au trombone de se déplacer librement.

Plus d'explications

La composition de la terre induit un courant magnétique qui se compose de deux pôles : un négatif et un positif. L'aiguille de notre boussole, qui est positive, est attiré par le pôle négatif de notre Terre, qui se situe au pôle Nord de notre planète.

Applications : dans la vie de tous les jours

Pour nous repérer, on peut utiliser une boussole et une carte. La boussole pour savoir dans quel sens on est tourné et la carte pour nous repérer par rapport à des objets que l’on voit.

Vous aimerez aussi

Expériences sur Wikidébrouillard

Aimant à volonté

Éléments pédagogiques

Objectifs pédagogiques

Comprendre le fonctionnement d’une boussole
Introduire la notion de magnétisme terrestre

Pistes pour animer l'expérience

On peut inscrire cette expérience dans un cycle « orientation ».

On peut imaginer une petite expédition en forêt/montagne/ville (suivant les possibilités), avec chasse au trésor ou course d’orientation, avec pour seul matériel, la boussole faite maison et une carte de la région, réalisée elle aussi en animation, grâce à des sites collaboratifs comme Open Street Map.

Sources et ressources

Boussole sur Wikipédia
Champ magnétique terrestre sur Wikipédia
La bobine

Dernière modification 21/02/2022 par user:Robin Quinsac.

Commentaires

Published

@@ Ligne 1 : / Ligne 1 : @@
 {{Tuto Details
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-|Description=Une bouteille, un bouchon et un bouchon qui saute !
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+{{Introduction}}
 {{TutoVideo
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 {{Materials
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+|Item=Cutter
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+|Item=Pince coupante
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 {{Tuto Step
 |Step_Title=Réunir le matériel
-|Step_Content=Pour commencer, rassemble le matériel nécessaire à l'expérience.
+|Step_Content=Prépare :
-- Une bouteille en verre (ou cannette en verre)
-- Un bouchon en plastique (ou une pièce de monnaie, une balle de golf, amuse-toi à trouver d'autres objets à faire sauter !)
-- Un peu d'eau
-Facultatif :
-- Récipient pouvant contenir le bas de la bouteille
-- Bouilloire ou de l'eau chaude du robinet
+*Un aimant puissant
+*Un bouchon de liège
+*Un trombone (ou une épingle/aiguille)
-et "pour aller plus loin" :- Du liquide vaisselle pour le goulot de la bouteille
+*Un cutter
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+*Une bassine remplie d'eau
+*Une pince coupante (facultatif)
+{{Warning|...Attention avec le cutter ou la pince coupante !}}<br />
+|Step_Picture_00=Boussole_Mat_riel.jpg
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 {{Tuto Step
 |Step_Title=Préparer l'expérience
-|Step_Content=Met un peu d'eau sur le dos du bouchon et place le de manière à ce qu'il soit  renversé sur le goulot de la bouteille.
+|Step_Content=* Coupe une rondelle de bouchon de liège
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+* Verse de l’eau dans la bassine
-|Step_Picture_01=Bouchon_sauteur_IMG_20181218_124438-min.jpg
+* Déplie le trombone et coupes-en un bout.
+* Frotte une des extrémités du trombone avec l’aimant (si on a une épingle ou une aiguille, il suffit de la frotter avec l'aimant de la même manière)
+<br />
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 {{Tuto Step
 |Step_Title=Réaliser la manipulation
-|Step_Content=Place tes mains autour de la bouteille. Que se passe-t-il au niveau du goulot ?
+|Step_Content=Dépose le bouchon sur l'eau, pose le trombone ou l'aiguille sur le bouchon et observe ce qu'il se passe !
+|Step_Picture_00=Boussole_Boussole.jpg
+|Step_Picture_01=Boussole_bloggif_5e7b6ac6cc1ab.gif
-Si après 5 minutes il ne se passe rien :
-- Verse un peu d'eau chaude dans un recipient
-- Pose la bouteille à température ambiante dans le récipient et observe à nouveau !
-{{Warning|Installe-toi dans un endroit dégagé et fais attention en versant l'eau bouillante.}}<br />
-|Step_Picture_00=Bouchon_sauteur_IMG_20181218_144205-min_7_.jpg
-}}
-{{Tuto Step
-|Step_Title=Pour aller plus loin
-|Step_Content=Si tes mains ne sont pas assez chaudes, cela marche aussi en plongeant la bouteille dans de l'eau chaude.
-Tu peux aussi essayer avec une bulle de savon liquide sur le goulot de la bouteille. Pour cela, trempe le goulot de la bouteille dans du savon liquide (ou liquide vaisselle) afin de créer une opercule de savon à la sortie de la bouteille. Réchauffe-la avec tes mains et tu observeras que la bulle de savon va gonfler.
-|Step_Picture_00=Bouchon_sauteur_pièce_et_eau_chaude.gif
 }}
 {{Notes
-|Observations=Au bout de quelques secondes, le bouchon en plastique se soulève.
+|Observations=Dès qu’on lâche le bouchon sur l’eau, il se met à tourner doucement pour se maintenir dans une position.
+|Avertissement=* Le trombone/aiguille/épingle doit être en métal, tu peux vérifier ton matériel auparavant en vérifiant qu'il réagit à l'aimant (sans que ça touche, mais que ce soit attiré).
+* Une seule partie du trombone/aiguille/épingle doit être magnétisé. Si les deux extrémités sont magnétisées grâce à l'aimant, alors cela ne fonctionnera pas.
+|Explanations=En frottant le trombone avec l'aimant, l'aimant donne au trombone une particularité que l'on appelle le magnétisme. Cela permet aux objets dits "magnétiques", d'indiquer la position d'objets tels que les aimants. Le trombone ainsi magnétisé indique le nord de notre planète !
-Le phénomène est assez bref, il faut être bien attentif.
+On met le trombone avec le liège sur l'eau pour permettre au trombone de se déplacer librement.
-|Avertissement=Si la bouteille en verre est trop chaude, le bouchon peut soit mettre beaucoup de temps avant de sauter, soit ne pas sauter du tout.
+|Deepen=La composition de la terre induit un courant magnétique qui se compose de deux pôles : un négatif et un positif. L'aiguille de notre boussole, qui est positive, est attiré par le pôle négatif de notre Terre, qui se situe au pôle Nord de notre planète.
+|Applications=Pour nous repérer, on peut utiliser une boussole et une carte. La boussole pour savoir dans quel sens on est tourné et la carte pour nous repérer par rapport à des objets que l’on voit.
-Cette expérience prend beaucoup plus de temps si tu as les mains froides.
-Plus la bouteille est petite, plus la réaction est rapide.
-|Explanations=L'air présent dans la bouteille est réchauffé lorsque tu tiens la bouteille avec tes mains.
-L'air chaud prend plus de place que l'air froid, on dit qu'il se dilate.
-Il n'y aura donc plus assez de place pour l'air dans la bouteille, il cherchera alors à sortir de la bouteille ce qui va soulever le bouchon et donner l'impression qu'il saute.
-|Deepen=L'air est un gaz constitué de molécules qui n'ont pas de liens entre elles et flottent librement dans l'espace.
-La thermodynamique est une discipline de la physique qui cherche notamment à caractériser les gaz par plusieurs grandeurs telles que :
-La "température" T : c'est la mesure de l'agitation de ces molécules : plus elles ont d'énergie, plus elles peuvent flotter librement dans l'espace vite et loin.
-Le "volume" V : c'est l'espace occupé par le gaz. Il peut être imposé par le volume d'un récipient comme une bouteille par exemple.
-La "quantité de matière" n : c'est une grandeur proportionnelle au nombre de molécules du gaz exprimé en moles.
-La "pression" P : c'est une grandeur qui peut être comprise comme proportionnelle à la "quantité de rebonds" des molécules du gaz contre les parois du récipient.
-La thermodynamique propose qu'il existe une relation de proportionnalité entre, d'un côté, la pression P et le volume d'un gaz V et, de l'autre côté, la température T et la quantité de matière n de ce même gaz :
-{{Pin|1=PV = nRT (avec R une constante)}}
-De cette relation on peut déduire que, si j'augmente la température T d'une quantité donnée de gaz (l'air de ma bouteille), je vais augmenter son volume V et/ou sa pression P.
-La bouteille en verre, contrairement à une bouteille en plastique, n'est pas déformable : je ne peux pas augmenter son volume V. C'est donc la pression de l'air P qui va augmenter dans un premier temps.
-Cette pression plus importante va finir par être assez forte pour soulever le bouchon en plastique posé par-dessus. Le bouchon se soulève : le volume de l'air peut alors augmenter : comme le volume V augmente, la pression P descend : le bouchon retombe.
-Une partie de l'air s'est échappée par le bouchon pendant qu'il se soulevait : la quantité de matière d'air dans la bouteille n a diminué. Cette diminution de la quantité de matière n compense la hausse de la température T, permettant au volume V et à la pression P d'être les mêmes qu'au début de l'expérience...
-... Jusqu'à ce que la température T augmente encore et qu'un nouveau cycle de soulèvement du bouchon arrive !
-Plus d'informations sur la page [https://fr.wikipedia.org/wiki/Gaz_parfait gaz parfait] de Wikipédia.<br />
-|Applications=- Lorsque l'on oublie une bouteille d'eau vide dans sa voiture en été, il arrive qu'on la retrouve toute gonflée et déformée comme si on avait ajouté de l'air à l'intérieur ! Pas de vilain lutin farceur derrière ce phénomène. L'augmentation de la température dans la bouteille a entraîné une dilatation de l'air à l'intérieur. Cela a augmenté la pression sur les parois plastiques et molles.
-- Avez-vous déjà eu du mal à récupérer un verre qui a séché à l'envers ? Si le verre est lavé à l'eau chaude et posé sur une surface plane, en refroidissant l'air va se rétracter. Comme rien ne peut venir combler le vide laissé, le verre fait ventouse.
-- Dur d'ouvrir un bocal de confiture maison ! Et oui, pour conserver les aliments la technique de la stérilisation consiste à chasser l'air du bocal afin de le fermer avec le moins de molécules possible.
 |Related='''Expériences sur Wikidébrouillard'''
-[https://www.wikidebrouillard.org/wiki/Ballon_dans_une_bouteille Ballon dans une bouteille]
+[http://www.wikidebrouillard.org/index.php/Aimant_%C3%A0_volont%C3%A9 Aimant à volonté]
+|Objectives=* Comprendre le fonctionnement d’une boussole
-[https://www.wikidebrouillard.org/wiki/R%C3%A9tractation_de_l%27air Rétractation de l'air]
+* Introduire la notion de magnétisme terrestre
+|Animation=On peut inscrire cette expérience dans un cycle « orientation ».
-[https://www.wikidebrouillard.org/wiki/Chandelle_fait_monter_l%27eau Chandelle fait monter l'eau]
-|Objectives=*Observer un phénomène physique
-*Mettre en évidence la présence de l'air dans la bouteille
-*Comprendre le phénomène de dilatation de l'air
-Niveau scolaire (Classes où la notion est étudiée) : Seconde
-|Animation=Cette expérience s'anime très bien sous forme de défi : "Arriveras-tu à faire sauter ce bouchon ?"
-Elle peut s'intégrer dans un [https://www.wikidebrouillard.org/wiki/Group:Dilatation_et_rétraction_de_l'air parcours sur la dilatation et rétractation de l'air]
-|Notes=La page Air sur [https://fr.wikipedia.org/wiki/Air Wikipedia]
-La page [https://fr.wikipedia.org/wiki/Gaz_parfait gaz parfait] sur wikipédia.
+On peut imaginer une petite expédition en forêt/montagne/ville (suivant les possibilités), avec chasse au trésor ou course d’orientation, avec pour seul matériel, la boussole faite maison et une carte de la région, réalisée elle aussi en animation, grâce à des sites collaboratifs comme Open Street Map.
+|Notes=* [http://fr.wikipedia.org/wiki/boussole Boussole]	sur Wikipédia
+* [http://fr.wikipedia.org/wiki/Champ_magnétique_de_la_terre Champ magnétique terrestre] sur Wikipédia
+* [https://fr.wikipedia.org/wiki/Bobine_(électricité) La bobine]
 }}
 {{Tuto Status
 |Complete=Published
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