Équilibre des forces d'une cannette
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Version du 15 février 2012 à 15:37
Mettre à la place de "codedailymotion" le code qui se trouve dans le lien que donne Dailymotion.
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Présentation de l'expérience
Avez vous déjà vu une cannette inclinée à 45 degrés, qui reste en équilibre ? Et si celle-ci pouvez tourner sur elle-même, vous ne seriez pas surpris ? Ne maintenez pas le suspens plus longtemps, et regardez notre vidéo sans plus attendre !
Matériel
- une canette
- de l'eau
L'expérience
La manipulation
Prenez une canette de 33cl et remplissez-la d'eau, environ au tiers de son volume. Inclinez-la ensuite sur son arrête inférieure arrondie. Celle-ci doit alors rester en équilibre. Poussez enfin légèrement la partie supérieure de la cannette pour qu'elle tourne sur elle même. Impressionant, non?
Que voit-on ?
Il est important de voir comment la cannette reste en équilibre sur son arrête, même lorsqu'on la fait tourner sur elle même. Il faut également d'assurer que le niveau d'eau est suffisant, mais pas trop important non plus, pour ne pas que la canette ne se renverse !
Explications
De manière simple
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" c'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 poid n'est pas également réparti, le centre de gravité de la canette n'est plus situé sur cet axe, et la canette tombe.
Questions sans réponses
Comment la force créée par l'eau au fond de la cannette agit-elle ? Quelle est sa direction ? En quoi elle permet la mise en rotation ?
Allons plus loin dans l'explication
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.
Voir ces deux articles, pour mieux comprendre ce qu'est l'équilibre et le centre de gravité :
http://fr.wikipedia.org/wiki/%C3%89quilibre
http://fr.wikipedia.org/wiki/Centre_de_gravit%C3%A9
Liens avec d'autres expériences
Expériences sur Wikidébrouillard
http://www.wikidebrouillard.org/index.php/Equilibre_marteau_%26_r%C3%A8gle http://www.wikidebrouillard.org/index.php/%C3%89quilibriste
Autres expériences
http://perso.utinam.cnrs.fr/~cordier/index.php?pw=funny_physics
Applications : liens avec le quotidien
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 a 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 immobile 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 !
Lieux propices à sa réalisation
Vous pouvez réaliser l'expérience où vous souhaitez, tant que vous avez de l'eau, une canette et un support plat à disposition !
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