Se mouiller, c’est perdu !

Cette expérience de physique amusante est facile à réaliser. Elle nécessite probablement la présence d’un adulte pour la réalisation de trous dans une bouteille en plastique.

Matériel

  • une bouteille en plastique
  • une ficelle solide
  • des avant-trous
  • une paire de ciseaux (non présente sur la photo)
Matériel nécessaire

Expérience

Découper le haut de la bouteille en utilisant une paire de ciseaux (avec l’aide éventuelle d’un adulte).

Faire deux trous sur les côtés opposés de la bouteille en haut. Les trous doivent être suffisamment gros afin que la ficelle puisse y passer. Couper un bout de ficelle (30, 50 ou 100 cm par exemple) puis passer les deux extrémités de la ficelle dans les deux trous. Faire deux noeuds sur les deux extrémités, cette action permettant de rendre solidaire le bout de ficelle avec la bouteille.

Réalisation du dispositif
Réalisation du dispositif

Le dispositif est prêt à être utilisé. Vous pouvez réaliser différents dispositifs avec des longueurs de ficelle différentes, comme présenté sur la photographie ci-dessous.

Réalisation de différents dispositifs avec des longueurs de ficelles différentes

Remplir les bouteilles d’eau. Attraper un dispositif par le bout de la ficelle. Puis faire tourner le dispositif, dans un plan fixé, autour de sa main ou de son épaule suffisamment vite pour ne pas se faire mouiller. Il est préférable de réaliser l’expérience dans un jardin.

Tester les différents dispositifs et comparer les vitesses avec lesquelles il faut les faire tourner lorsque l’on choisit comme axe de rotation la main ou l’épaule ou en fonction de la longueur de la ficelle.

Observations

Vidéo de l’expérience

Tout d’abord, on peut constater que lorsque l’on tourne suffisamment vite le dispositif, tout se passe comme si l’eau reste “collée” dans la bouteille et on peut réaliser le défi sans être mouillé.

On constate par ailleurs que plus la distance entre l’axe de rotation et l’eau est grande, moins il est nécessaire de tourner vite le dispositif autour de l’axe de rotation pour ne pas être mouillé.

Que se passe-t-il ?

logo-physique-ludiquePour expliquer cette expérience, on peut adopter deux points de vue :
– Du point de vue d’un observateur lié au sol, l’eau étant une substance ayant une masse, elle possède une certaine inertie. Ainsi si on tourne suffisamment vite les bouteilles, l’eau reste figée dans les récipients et n’a pas le temps de se déplacer par rapport à la bouteille.
– Du point de vue du dispositif en rotation quasi-uniforme autour d’un axe fixe, l’eau subit une pseudo-force que l’on appelle force d’inertie ou encore force centrifuge qui est orientée vers l’extérieur et qui est portée par la droite d’action (axe de rotation-point d’application). Cette force, si elle suffisamment forte, permet à l’eau de rester figée dans les récipients.

Cette force centrifuge est présente dès que l’on considère un système en rotation autour d’un axe : on peut sentir cette force dans une voiture effectuant un virage, elle est présente dans une machine à laver, dans une essoreuse à salade ou dans une manège dans une fête foraine. C’est elle qui explique la présence du linge tout autour du tambour de la machine à la fin de l’essorage, ou de la salade à la périphérie de l’essoreuse.

On peut montrer que la force centrifuge s’exerçant sur un objet est égale au produit de la masse de l’objet, par le carré de la vitesse angulaire de rotation et par la distance entre l’axe de rotation et centre d’inertie de l’objet. Pour que l’eau reste figée dans les récipients, il faut que la force centrifuge compense les autres forces s’exerçant sur l’eau (poids, réaction de la bouteille sur l’eau, force de pression de l’air). Pour un volume d’eau identique, lorsque la distance entre l’axe de rotation et le centre d’inertie de l’eau augmente, à la limite de ne pas se faire mouiller, il faut que la force centrifuge soit approximativement la même : on doit donc diminuer la vitesse de rotation.

Si vous devez choisir un dispositif et que vous ne voulez pas être mouillé, préférez donc le dispositif avec plus grande ficelle…Avis aux joueurs…

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