Expérience d'équilibre pour visualiser les forces en jeux.
Difficulté
Facile
Durée
10 minute(s)
- Matériel et outils
Marteau 
Un marteau est un outil percuteur, servant par exemple à aplatir un morceau de fer ou à enfoncer un clou.
Règle
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Au sens matériel, une règle est un instrument de mesure gradué à arêtes rectilignes servant à tracer des traits droits ou à mesurer des longueurs.
Elastique 
Un élastique est un fil, une bande ou un ruban court(e) en caoutchouc (ou dont une partie est en caoutchouc), de forme généralement circulaire.
Étape 1 - Rassembler le matériel
Étape 2 - Défi : Faire tenir la règle sur le bord d'une table, sur 1 (ou 2 cm max)
1ère étape : Le défi est de trouver les différents moyens possibles pour que la règle soit en équilibre.
Dernière étape : Le défi ultime c'est d'avoir 1cm maximum de règle sur la table et le marteau sous la table
- Placer la tête du marteau sous la table.
- Seul le bout de la règle repose sur le bord de la table.
Étape 3 - Précision : Glisser la règle et le manche du marteau dans l'élastique.
Étape 4 - Résultat final
- La règle est dans le prolongement de la table
- Le marteau ne touche pas la table
- L'ensemble tient sans aide
Comment ça marche ?
Observations : que voit-on ?
- La règle seule en équilibre tombe au sol
- Si on lâche le marteau , il tombe au sol
- L'élastique permet d'assurer un effet levier
- Lorsque le système est en équilibre, il oscille autour de sa position d'équilibre et s'arrête ensuite.
Le point d'équilibre change en fonction du positionnement du marteau, de la résistance de l'élastique, de la longueur de la règle, de la masse du marteau
Mise en garde : qu'est-ce qui pourrait faire rater l'expérience ?
une table parfois trop épaisse ; une règle trop longue et un marteau trop léger ; un élastique distendue ; un manque de patience
Explications
L'attraction terrestre = la gravité attire tous les objets au sol.
Chaque élément seul tombe logiquement au sol.
Le marteau est l'élément le plus lourd.
L'installation de l'élastique permet un effet levier qui compense l'impact de la gravité sur chaque objet.
Le centre de gravité (=point où les forces sont en équilibres) de ce montage se situe près de la tête du marteau. Donc l'attraction de la force gravitationnelle vient surtout du dessous de la table, sous l'endroit le plus lourd, et non du point d'attache entre le marteau et la règle.
Plus d'explications
La gravitation est la seule interaction fondamentale dont la sensation est directe et permanente, par l'intermédiaire de son effet le plus immédiat dans notre environnement. La loi de la gravitation universelle de Newton est toujours utilisée pour calculer les effets de la gravitation dans des situations normales. C'est Newton qui a établi la formule permettant de calculer la valeur de champ gravitationnel g créé par une masse m1 (en kilogrammes) à une distance d (en mètres).
g = G.m1/d2
G étant la constante gravitationnelle, G=6,6742 x 10-11 (en Newton.mètres2.kilogrammes-2 ou en mètres3.kg-1.secondes-2)
La force d'attraction subie par un objet masse m (en kilogrammes) est alors : F = m.g, l'unité de mesure de cette force est le newton.
À la surface de la Terre, g = G.mT / dT2
- G = constante gravitationnelle = 6,6742 x 10-11 m3.Kg-1.s-2
- mT = masse de la terre = 5,9736 x 1024 kg
- dT = distance du centre de gravité à la surface = rayon de la terre = 6 378 137 m
C'est-à-dire : g = 6,6742.10-11.5,9736.1024/(6 378 137)2 = 9,81 m.s-2
et si on veut vérifier la cohérence des unités de mesure :
m3.Kg-1.s-2xkg/m2 = m.s-2
Applications : dans la vie de tous les jours
La manifestation la plus courante de la gravité est bien sûr la pesanteur, c'est-à-dire l'attraction entre la Terre et les objets qui sont à proximité.
Voir pesanteur sur Wikipédia.
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Dernière modification 5/06/2020 par user:Serge.
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