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Boucle renversante
Contribution: COSI
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Experiment Category: 
sciences physiques
Objectif: 

Apprendre à faire tournoyer une tasse d'eau sans rien renverser.

Matériel requis: 
  • Carré de carton assez rigide, d'environ 15 cm de côté
  • Perforatrice
  • Deux ficelles d'un mètre
  • Gobelet de plastique
  • Quelques pièces de monnaie
  • Eau (si tu réalises cette expérience à l'extérieur)
  • Crée une centrifugeuse à eau!
  • 1) Pratique un trou à chaque coin du carton, à environ 1 cm du bord.
  • 2) Passe une des ficelles dans un des trous, puis dans le trou diagonalement opposé. Procède de la même façon avec l'autre ficelle pour les deux autres trous. Les ficelles formeront un X sous le carton.
  • 3) Place le carton sur le plancher et tire sur les quatre ficelles afin qu'elles soient bien tendues. Tiens-les ensemble et assure-toi que la base est bien à plat. Tu obtiens alors une sorte de pyramide. Noue l'extrémité des ficelles.
Marche à suivre et observation: 

En tenant le noeud, assure-toi que la centrifugeuse est bien à plat. Place le gobelet de plastique au milieu de la base. Mets quelques pièces de monnaie au fond du gobelet pour ajouter un peu de poids. (Si tu peux réaliser cette expérience à l'extérieur, remplis la moitié du gobelet d'eau au lieu de pièces de monnaie.) Fais tournoyer le gobelet. Essaie au-dessus de la tête. Fais un huit. Est-ce que le gobelet reste en place? Pourquoi? Qu'arrive-t-il au contenu?

Lorsque tu arrêtes, fais-le progressivement. Pense à la première loi de Newton : un corps en action demeure en action ou un corps inerte reste inerte à moins d'être soumis à une force extérieure. Si tu arrêtes ta centrifugeuse brutalement, qu'arrive-t-il au gobelet et à l'eau qui reposent sur la base, sans y être fixés?

Résultats: 

Un objet en mouvement poursuit sa course jusqu'à ce qu'une force s'exerce sur lui. La force à l'origine de l'accélération qui entraîne la rotation d'un objet est appelée force centripète. Pour un scientifique, cette accélération peut signifier un changement de vitesse ou de trajectoire de l'objet. Dans notre exemple, la ficelle attachée à la base fait office de force centripète et permet à la centrifugeuse de poursuivre sa rotation.

Conseils aux parents et aux enseignants: 

Si l'enfant éprouve des difficultés à maintenir l'eau dans le gobelet, il peut essayer de faire un cercle à partir du coude (sans utiliser tout son bras). Plus le rayon du cercle est grand, plus la vitesse de rotation doit être élevée afin que la force centripète soit suffisante pour maintenir l'eau dans le gobelet.

Demandez aux enfants de trouver d'autres exemples pratiques de la première loi de Newton. Par exemple, lorsqu'une voiture amorce un virage, ses occupants sont entraînés vers l'extérieur de la courbe. L'utilisation de ceintures de sécurité neutralise les effets de la première loi de Newton. Demandez-leur pourquoi ils doivent pencher leur vélo vers l'intérieur d'un virage pour ne pas tomber.