Magie avec Newton

Concepts de base

Physique	Forces	Gravité	Poids

Introduction

Chaque jour, nous expérimentons dans la nature toutes sortes de forces, de mouvements, d'accélérations. Mais souvent, nous ne sommes pas conscients et nous ne réalisons pas comment cela fonctionne. Dans cette expérience, nous allons vérifier le fonctionnement de base des forces avec cet équilibre curieux.

Base scientifique

L'expérience est basée sur l'équilibre des forces postulé par Newton. La bouteille restera en équilibre au bord de la table grâce à la compensation de la force verticale descendante par une autre force verticale ascendante. De cette manière, la première loi de Newton est respectée, qui dit qu'un corps est en équilibre tant que la somme de toutes les forces qui l'affectent est nulle.

Matériaux

• Une bouteille remplie d'eau
• Trois bâtonnets en bois plats
• Une corde ou un cordon
• Une surface pour effectuer l'équilibre, dans mon cas le bord d'une table
• Un poids pour maintenir le système à l'étape intermédiaire

Préparation

Tout d'abord, nous allons préparer le système

1. Nous mettons des lunettes de sécurité
2. Nous attachons le cordon au bouchon de la bouteille
3. Nous sécurisons le premier bâtonnet avec un poids en le faisant dépasser d'environ un tiers depuis le bord de la table
4. Nous accrochons le cordon attaché à la bouteille au bâtonnet

Procédure

Nous commençons maintenant la partie réelle de l'expérience, où nous allons créer l'équilibre des forces

1. Nous plaçons le deuxième bâtonnet en position horizontale de manière qu'il soit maintenu entre les deux parties du cordon. Nous devons le placer légèrement au-dessus du premier bâtonnet.
2. Nous plaçons le troisième bâtonnet en tension entre la pointe du premier bâtonnet qui dépasse de la table et le point médian du deuxième bâtonnet en position horizontale. Cette étape est la plus compliquée, nous pouvons essayer et ajuster le deuxième bâtonnet jusqu'à ce qu'ils se maintiennent seuls.
3. Faites une prédiction ! Se maintiendra-t-il seul si nous retirons le poids qui sécurise tout ?
4. Nous pouvons maintenant retirer lentement le poids qui maintenait le premier bâtonnet et voir que le système reste en équilibre sans l'aide de forces externes.

Observation et résultats

Comme nous le voyons, le système reste en équilibre au bord de la table sans autre aide que les trois bâtonnets utilisés. La logique nous dit que cela ne devrait pas être le cas, car il n'y a rien qui fixe le premier bâtonnet à la table et rien qui soutienne la bouteille par le bas. Mais ce que nous avons réussi à faire en ajoutant les deux autres bâtonnets, c'est de rediriger la force, également appelée tension, qui traverse le cordon à cause du poids de la bouteille. Cette tension était initialement verticale et descendante. En ajoutant le bâtonnet horizontal, nous avons redirigé une partie de la force vers ce plan, et enfin, en ajoutant le dernier bâtonnet, nous sommes capables de ramener cette tension que nous avons déviée du cordon vers le premier bâtonnet. De cette manière, nous avons réussi à appliquer une force équivalente sur le bâtonnet, nous pourrions dire que nous avons contrebalancé le poids de la bouteille avec les bâtonnets.

Il est temps de ranger !

Assurez-vous de laisser tout propre et rangé une fois que vous avez terminé l'expérience. L'eau (avec ou sans colorant) peut être jetée dans l'évier et les bouteilles doivent être déposées dans le conteneur de recyclage. Remettez à leur place les outils et autres ustensiles que vous avez utilisés.

Supervision d'un adulte et la sécurité avant tout

• Suivez attentivement les instructions de l'expérience.
• Il est conseillé qu'un adulte supervise la réalisation de l'expérience, en aidant à l'utilisation de matériaux ou d'ustensiles potentiellement dangereux s'ils ne sont pas utilisés correctement.
• De même, un adulte doit déterminer si l'expérience à réaliser est appropriée pour l'âge de l'élève qui va participer à l'activité.
• Faire des expériences scientifiques à la maison est une façon amusante d'apprendre la partie pratique de la science, mais cela peut nécessiter de prendre des précautions supplémentaires et/ou de désordonner ou salir la zone de travail.