Avez-vous déjà vu une canette inclinée à 45 degrés, qui reste en équilibre ? Et si celle-ci pouvait tourner sur elle-même, vous ne seriez pas surpris ? Ne maintenez pas le suspens plus longtemps, et regardez notre vidéo sans plus attendre !
Difficulté
Facile
Durée
5 minute(s)
Disciplines scientifiques
Mécanique, Physique
- Matériel et outils
Étape 1 - Réunir le matériel
Pour réaliser cette expérience, il te faut :
- une canette vide
- de l'eau ou du sable ou de la semoule ou de la farine
Étape 2 - Réaliser la première manipulation
Essayer de faire tenir la canette sur son arête inférieure.
Que se passe-t-il ?
Étape 3 - Préparer l'expérience
Prends une canette et remplis-la d'eau, environ au tiers de son volume. Tu peux aussi le faire avec de la semoule, du sable ou de la farine, il faut juste que le matériau soit liquide ou composé de très petits grains.
Étape 4 - Réaliser l'expérience
Incline-la ensuite sur son arête inférieure arrondie. Celle-ci doit alors rester en équilibre. Pousse enfin légèrement la partie supérieure de la canette pour qu'elle tourne sur elle même. Impressionnant, non ?
Étape 5 - Pour aller plus loin
Tu peux essayer avec différents niveaux dans la canette ou essayer de la remplir avec d'autres matériaux pour voir ce qui peut changer.
Comment ça marche ?
Observations : que voit-on ?
Dans le premier cas, la canette ne tient pas sur son arête. Avec l'eau, la canette reste en position, même lorsqu'on la fait tourner sur elle même. Son inclinaison par rapport à la table ne change pas.
Mise en garde : qu'est-ce qui pourrait faire rater l'expérience ?
Le niveau d'eau doit être suffisant, mais pas trop important non plus, pour ne pas que la canette se renverse !
Explications
Si la canette est vide, on ne peut pas la faire tenir en position inclinée, elle tombe systématiquement. De même, lorsqu'elle est pleine. Le "truc" s'est de mettre la bonne quantité d'eau pour qu'il y ait autant d'eau de chaque côté de l'axe de rotation vertical qui passe par le point sur lequel la canette tient en équilibre. L'eau que l'on ajoute dans la canette est un poids. Pour que la canette tienne en équilibre il faut que ce poids soit également réparti, comme pour l'équilibre d'une balance, et c'est seulement à cette condition que le centre de gravité de la canette est situé sur l'axe de rotation vertical. Dès lors que le poids n'est pas également réparti, le centre de gravité de la canette n'est plus situé sur cet axe, et la canette tombe.
Plus d'explications
Si on en met trop peu, le poids de la canette (14,45g) joue. En effet, le poids de l'eau ne sera pas suffisant pour combler la différence de poids entre la partie basse de la canette en alu (à gauche de l'axe de rotation, ici), et la partie haute de la canette, plus grande, donc plus lourde (à droite de l'axe de rotation, ici). Si l'on met trop d'eau (par exemple si l'on remplit la canette aux deux tiers), puisqu'elle est inclinée à 45° et qu'elle est plus haute que large, il y aura plus d'eau dans la partie droite de la canette, que dans la partie gauche. C'est pourquoi dans ce cas, le centre de gravité de la canette se situe plus à droite de l'axe vertical de rotation, et elle ne peut pas tenir en équilibre. Le problème est dû à la forme de la canette. Enfin, si on la fait tourner trop brusquement, la canette se renverse, car une petite vague est créée, cela déplace le centre de gravité et casse l'équilibre dans lequel elle se trouvait.
Applications : dans la vie de tous les jours
Les objets qui nous entourent possèdent tous un centre de gravité (ou centre de masse). Pour les objets dits de révolution ou qui possèdent des plans de symétrie, ce point est facile à trouver, il s'agit du milieu de l'objet. Si ce centre de gravité se situe sur un axe vertical qui passe par le support sur lequel ils sont posés alors ils restent immobiles dans leur position d'équilibre. Mais dès lors que cet axe ne passe plus par le support, c'est à dire que la majeure partie du poids de l'objet est "dans le vide", l'équilibre est instable et l'objet tombe. Tout est une histoire de répartition des poids !
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Éléments pédagogiques
Sources et ressources
http://perso.utinam.cnrs.fr/~cordier/index.php?pw=funny_physics
Dernière modification 10/06/2020 par user:Stéphanie BORRI.
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