Cette expériences de physique amusante est très facile à réaliser et nécessite peu de matériel.
Matériel
- des aimants assez forts (que l’on peut commander par exemple sur internet)
- du fil de couture
- un moule en aluminium assez large
- un bâton en bois pour accrocher le fil ou autre matériel équivalent.
Remarque :
– on peut remplacer le moule en aluminium par plusieurs couches de papier aluminium ou tout autre objet en aluminium
– pour l’expérience proposée, nous avons utilisé dix aimants Néodyme/Bore de 3 mm d’épaisseur et de 12 mm de diamètre (tenant environ 2,1 kg).
Expérience
Suspendre les aimants à l’aide du fil et du bâton en bois. On pourra par exemple coincer le fil entre deux aimants grâce à l’adhésion magnétique, à l’une des extrémité du « rouleau » d’aimants. On pourra également poser le bâton en bois sur deux livres et y accrocher le fil. L’ensemble constitue alors un pendule pesant.
Pour notre expérience, nous avons utilisé une longueur de fil de l’ordre de 8 cm.
Décaler les aimants de leur position d’équilibre, en maintenant le fil à peu près tendu et en choisissant une position de référence de départ, puis lâcher les. Observer les oscillations et en particulier dénombrer le nombre d’oscillations avant le retour à l’équilibre.
Positionner maintenant le moule en aluminium juste en dessous des aimants dans leur position d’équilibre. Décaler les aimants de leur position d’équilibre, en maintenant le fil à peu près tendu et en choisissant la même position de référence de départ que précédemment. Lâcher les aimants et observer les oscillations du pendule. Dénombrer le nombre d’oscillations avant le retour à l’équilibre et comparer avec que ce qui a été observé sans le moule.
On peut réaliser l’expérience pour différentes positions du moule en aluminium (plus ou moins proche de la position d’équilibre des aimants).
Observations
Nous observons qu’en présence du moule, le retour à l’équilibre du pendule pesant se fait plus rapidement.
Nous constatons également que le freinage est d’autant plus efficace que le moule en aluminium est proche des aimants.
ObservatiExonNous constattons
Que se passe-t-il ?
Cette expérience illustre un phénomène très connu en physique : l’induction électromagnétique. Elle met en évidence tout particulièrement l’existence de courants de Foucault dans le matériau constituant le moule.
Lorsqu’un matériau conducteur est soumis à un champ magnétique variable, des courants sont induits dans ce dernier. Ces courants s’appellent communément « courants de Foucault ». Le champ magnétique créé par les aimants ici est variable dans le temps dans le matériau constituant le moule, à cause du mouvement du pendule. Des courants sont donc générés dans le matériau du moule.
Or lorsqu’un conducteur est parcouru par un courant, ce dernier crée également un champ magnétique. Le moule en aluminium créé donc un champ magnétique qui agit en retour sur les aimants via la force de Laplace. C’est cette force qui freine les aimants dans leurs mouvements.
Enfin, il existe une loi importante en physique permettant de rendre compte des effets macroscopiques des phénomènes d’induction électromagnétique : la loi de Lenz. Cette dernière est une loi de modération, à l’origine empirique, et stipule que les effets produits par l’induction électromagnétique s’oppose aux causes. Le conducteur, en créant un champ magnétique s’oppose ainsi au mouvement des aimants.
Le freinage est d’autant plus efficace lorsque le moule en aluminium est proche des aimants car le champ magnétique variable créé par l’oscillation du pendule a alors une intensité plus élevée au sein du conducteur, ce qui engendre des courants de Foucault dans le conducteur d’intensité plus élevée et par conséquent un freinage des aimants plus efficace.