Plateforme pédagogique d'expériences de Physique Fiches d

Plateforme pédagogiqued'expériences de Physique

Fiches d'expériencestransportables (démonstrations,

TD, TP...)

2012

BALLES« REBONDISSANTES »

expérience PIRA

Assemblage

Manipulation (2min)✔Lâcher les deux balles de la même hauteur: l'une rebonditquasiment jusqu'à la hauteur de lâcher, l'autre s'écrase sur le sol.Autre possibilité✔Réaliser un pendule avec les balles. Prendre un bloc en bois detelle sorte que la balle qui rebondit fasse tomber le bloc d'unecertaine hauteur. Ensuite, réaliser un pendule avec la balle qui nerebondit pas et le bloc ne tombera pas.

ExplicationsLes matériaux qui constituent les balles diffèrent en hystérésis. L'hystérésis mesure en fait le temps que met un matériau à revenirà son état initial après qu'une modification lui a été imposée. Unedes balles possède un petit hystérésis : cela signifie que cematériau veut revenir immédiatement à son état initial. C'est pour cela qu'elle rebondit très bien ; pratiquement aussi hautque la hauteur de lâché. On dit que la balle a un grand coefficientde restitution. Le matériau de la balle qui ne rebondit pas possède, lui, un grandhystérésis. Quand le choc sur le sol déforme cette balle, cettedernière revient lentement à sa forme ronde et par conséquent sonénergie cinétique est dissipée en chaleur.Du point de vue mécanique, l'une des balles subit un choc élastiquelorsqu'on la lâche vers le sol ; l'autre, un choc inélastique.

Références

Ref Planès :Ref Pira :

autres liens :http://www.imaginascience.com/boutique/pages/fichedescriptive.php?ref=50#haut

ASTROBLASTERexpérience

PIRA 1N30.60

Assemblage (aucun)

Manipulation (2 min)✔ Enfiler les quatre balles sur la tige en plastique.✔ Lâcher verticalement l'ensemble formé par les quatre balles.✔ La plus petite balle rebondit jusqu'à une hauteur pouvant

atteindre jusqu'à 5 fois la hauteur de lâcher.

ExplicationsCette expérience illustre la conservation de la quantité demouvement. Après le choc au niveau du sol, la vitesse du systèmeformé par les 3 plus grosses balles est nulle et l'énergie cinétiqueest transférée à la plus petite qui rebondit avec une vitessesupérieure à celle acquise au moment du choc.En supposant des chocs élastiques entre les différentes balles etl'absence de friction, on peut calculer les masses relatives des ballespermettant un transfert maximal d'énergie cinétique à la petiteballe, ainsi que la vitesse de cette dernière (cf référence).

mécanique

✔conservation de la quantité demouvement✔(conservation de l'énergiecinétique)

Figure tirée dehttp://www.phy.olemiss.edu/~kroeger/PHY211/AstroBlaster.pdf

RéférencesRef Planès : Ref Pira :http://ris-systech2.its.yale.edu/physics/demos/demomain.asp?task=viewdemo&id=1N30.60

Ref fournisseur:http://www.imaginascience.com/boutique/pages/fichedescriptive.php?ref=14#haut

Calcul de la vitesse de la petite balle et des masses relatives des balles

http://www.phy.olemiss.edu/~kroeger/PHY211/AstroBlaster.pdf

CORDE DE MELDEexpérience

PIRA

Description du dispositif✔ Il comporte deux bras orientables aux bouts desquels est fixée

une corde. Des moteurs permettent de mettre les deux bras, etdonc les extrémités de la corde, en rotation. On peut fairevarier l'orientation des bras, leur écartement ainsi que lavitesse de rotation (bouton « motor speed »).

✔ Il comporte également un éclairage stroboscopique à LEDdont on peut faire varier l'inclinaison par rapport à la corde, lacouleur (bouton « pattern select ») et la durée correspondant àchaque couleur (bouton « pulse control ») ainsi surtout que lafréquence (bouton « flash speed »).

✔ Il existe un mode de fonctionnement « demo » pour lequel lesdifférents paramètres sont programmés et qui permet devisualiser toutes sortes d'effets transitoires avec des jeux decouleurs. Pour fixer ses propres paramètres, choisir lefonctionnement « manual ».

Manipulation (10 min)✔ Positionner les deux bras face à face à une certaine distance.✔ Faire tourner les moteurs et fixer la fréquence du stroboscope

pour observer les ondes stationnaires.✔ Faire varier la distance entre les deux bras afin d'observer un,

deux ou trois fuseaux.

ExplicationsOn observe un phénomène d'ondes stationnaires lorsque lalongueur de la corde correspond à un nombre entier de demi-

Ondes

✔ondes mécaniques✔corde vibrante✔ondes stationnaires✔résonance

longueurs d'onde.L=pλ/2 (L longueur de la corde, p entier, λ longueur d'onde) avec λ=c/ν=(1/ν)(T/μ)1/2 (ν fréquence de vibration fixée par lesmoteurs, T tension de la corde, μ masse linéïque de la corde).

RéférencesRef Planès : Ref Pira :

Ref fournisseur:http://www.imaginascience.com/boutique/pages/fichedescriptive.php?ref=126#haut

vidéohttp://www.youtube.com/watch?v=4BoeATJk7dg

DIAPASONSexpérience 190304

PIRA 3B60.10

Assemblage (1 min)Pour obtenir un son facilement audible, fixer les deux diapasonsaux caisses de résonance.

Manipulation (10 min)✔Pour illustrer le phénomène de résonance: Tenir un diapason à la main et le faire vibrer au moyen du marteau.Le poser alors sur une caisse de résonance: le niveau sonoreaugmente.✔Pour illustrer la transmission d'une vibration acoustique dans l'air: Fixer deux diapasons identiques sur leurs caisses de résonance.Faire vibrer l'un des deux au moyen du marteau. Avec la main,arrêter sa vibration et écouter le son émis (à la même fréquence)par le second diapason, mis en vibration par l'intermédiaire dupremier.✔Pour illustrer le phénomène de battement: Fixer deux diapasons légèrement différents sur leurs caisses derésonance. Leurs dimensions n'étant pas très différentes, leursfréquences de vibration sont suffisamment proches pour produireun phénomène de battement. Faire vibrer les deux diapasons aumoyen du marteau et écouter les variations du niveau sonore,caractéristiques du battement.

Ondes

✔onde acoustique✔résonance✔battement

RéférencesRef Planès : figure 240, p120, Expériences de Physique, M. Françon

Ref fournisseur: http://www.imaginascience.com/boutique/pages/fichedescriptive.php?ref=51#hauthttp://www.imaginascience.com/boutique/pages/fichedescriptive.php?ref=52#haut

Ref Pira : http://ris-systech2.its.yale.edu/physics/demos/demomain.asp?task=viewdemo&id=3B60.10

vidéohttp://www.youtube.com/watch?v=YRv4POv5jh4

http://www-physique.u-strasbg.fr/~udp/wfn-www/webphy/ondes/acoustique/battements_diapasons/files/page75_2.wmv

CHAUFFERETTE CHIMIQUEexpérience

PIRA

Assemblageaucun

Manipulation (2min)✔Le contenu de la chaufferette étant initialement liquide, tordre laplaquette métallique présente à l'intérieur. La solution initiale sesolidifie en dégageant de la chaleur.

ExplicationsLa chaufferette chimique est constituée d'une pochette contenantune solution aqueuse saturée en acétate de sodium en surfusion (lasolution peut rester liquide jusqu'à une température de -120°C, cequi est largement inférieur à la température de solidification, celle-ci étant à 54° pour une solution à 20%).

La température de solidification est bien supérieure à latempérature ambiante. En tordant une plaquette métallique àl'intérieur du liquide, on libère des germes d'acétate solidifié quidéclenchent la cristallisation et la solution devient solide. Cettetransformation est exothermique.

RéférencesRef Planès : Ref Pira : Ref fabriquant (Vieux campeur): http://www.auvieuxcampeur.fr/nos-produits/protection-et-hygiene- de-la-personne/protection-contre-le-froid/chaleur-magique.html

Thermodynamique

✔changement de phase✔réaction exothermique

PLAQUES à FONDREexpérience

PIRA

AssemblagePlacer les deux plaques sur une table avec un joint sur chacune(pour éviter que, le glaçon fondant, l'eau ne déborde de la plaque).

Manipulation (5 min)Poser un glaçon sur chaque plaque et observer le temps qu'il met àfondre.

ExplicationsLes deux blocs paraissent semblables, mais ils diffèrent par lematériau qui les composent et donc par leur conductivitéthermique. Le bloc en aluminium (qui paraît froid) conduit mieuxla chaleur que celui en plastique. Le glaçon correspondant fonddonc plus vite.La caméra thermique permet de visualiser la répartition de lachaleur sur les blocs. Le bloc en aluminium thermalise rapidementavec le glaçon et la température est uniforme sur toute sa surface.La température du bloc en plastique baisse au niveau du glaçon etreste élevée ailleurs.

RéférencesRef Planès :

Ref Pira :

Ref fournisseur:http://store.pasco.com/pascostore/showdetl.cfm?&DID=9&Product_ID=54960&Detail=1

Thermodynamique

✔Diffusion de la chaleur✔Changement de phase✔Conductivité thermique

LOI des GAZ PARFAITSexpérience

PIRA

Assemblage (5 min)✔ Remonter la seringue au maximum, le volume d'air est de

l'ordre de 40cm3.✔ Connecter les sorties température et pression à l'entrée du

module d'acquisition (boîtier bleu). Pour chaque position dedépart de la seringue, le connecteur correspondant à lapression doit être déconnecté puis re-connecté.

✔ Connecter la sortie du module d'acquisition au PC.✔ Lancer Data Studio.

Manipulation (5 min)✔ Cliquer sur « start » pour démarrer l'acquisition.✔ Appuyer sur la seringue en maintenant sa base jusqu'à la valeurminimale du volume d'air (environ 20 cm3). ✔ Maintenir cette position jusqu'à ce que la température et lapression se stabilisent (environ 30 s).✔ Lâcher le haut de la seringue pour réaliser la phase d'expansion. ✔ Attendre que la température et la pression se stabilisent et noterle volume final sur la seringue.✔ Cliquer sur « stop » pour terminer l'acquisition.

ExplicationsCe montage permet de vérifier la loi des gaz parfaits: PV=nRT enfaisant varier le volume V et en enregistrant l'évolution de latempérature T et de la pression P.A température constante:On peut déterminer les valeurs de la pression (graphe) et du volume(lecture des graduations de la seringue) juste avant les phases decompression (V1, P1) et d'expansion (V2, P2), les températurescorrespondantes étant égales, et comparer les rapports des volumeset des pressions. On ne trouve pas expérimentalement V1/V2=P2/P1

à cause de la présence d'air dans les tuyaux, correspondant à unvolume V0, non pris en compte dans la calibration de la seringue.

Thermodynamique

✔Loi des gaz parfaits✔ Relations entre pression,volume et température

On peut déduire la valeur de V0 en écrivant (V1+V0)/(V2+V0)=P2/P1 et utiliser cette valeur dans l'expérience suivante.Quand la température varie:On relève les valeurs de P1, T1 et V1 (incluant V0) avant la phase decompression. On relève les valeurs de T'2, température maximale dela phase de compression, P'2, la valeur de la pression au mêmeinstant et V'2, le volume minimal d'air dans la seringue (incluantV0). On vérifie que (P1V1)/T1=(P'2V'2)/T'2.


Ref Pira :

Ref fournisseur: http://store.pasco.com/pascostore/showdetl.cfm? DID=9&Product_ID=58512&Detail=1

Conseils

OISEAU BUVEURexpérience

PIRA 4C31.30

source image: http://www.energiegratuite.biz/wp-content/uploads/2010/08/oiseau-buveur1.jpg

Assemblage (1 min)✔ Pencher l'oiseau sur le verre d'eau pour mouiller son bec.✔ Le lâcher.

Manipulation (aucune)

Explications(source: wikipédia)L'oiseau est composé d'un support et d'un balancier équilibré. Lebalancier est creux, et en trois parties visibles:

• La tête est une boule creuse. • Le cou est un tuyau • L'arrière est une boule creuse pénétrée en profondeur par le

tuyau constituant le cou. • Le liquide est constitué d'un colorant et de dichlorométhane

(espèce chimique très volatile).

Le tout est partiellement rempli d'un fluide ayant deux phases, enéquilibre liquide/vapeur.

L'oiseau est un petit moteur à balancier, dont le cycle defonctionnement compte quatre étapes:

1. La tête est mouillée. L'air ambiant, qui constitue la sourcede chaleur, étant en général non saturé en eau (sous unecloche hermétique l'oiseau buveur ne fonctionne pas), l’eau

Thermodynamique

✔Changement de phase✔moteur thermique✔ Loi de Charles

de la tête s'évapore petit à petit. Et cette évaporationrefroidit la tête de l'oiseau.

2. Le gaz de la tête se refroidit sous l'effet de l'évaporation; lapression de ce gaz diminue; sous l'effet de la diminution depression, le liquide monte dans la colonne.

3. Arrivée à une certaine hauteur (dépendant du modèle, deson équilibrage...), la colonne de liquide déséquilibrel'oiseau, qui penche la «tête» dans le verre d'eau, en semouillant de nouveau la tête.

4. En position inclinée, du gaz passe entre la partie inférieureet la partie supérieure de l'oiseau. Les pressions serééquilibrent. La colonne de liquide redescend. L'oiseaureprend sa position d'équilibre vertical avec sa tête denouveau humidifiée; le cycle peut recommencer.

Pour provoquer l'arrêt de fonctionnement, on peut procéder selonl’une des façons suivantes:

• Sécher la tête: cela provoque l’arrêt de l’évaporation; • couvrir l’animal d’une cloche: l’évaporation sature

progressivement l'atmosphère d’eau et finit par s’arrêter.


Ref Pira :http://ris-systech2.its.yale.edu/physics/demos/demomain.asp?task=viewdemo&id=4C31.30

Ref fournisseur:http://www.imaginascience.com/boutique/pages/fichedescriptive.php?ref=69#stop0

videohttp://www.youtube.com/watch?v=_Z0RhZ9ECo4&feature=player_embedded

Jean-Michel Courty et Édouard Kierlik, Du volatil pour un volatile,article in «Pour la Science» no390, avril 2010 p. 92-94.

Conseils

MOTEUR DE STIRLINGexpérience

PIRA 4F30.10

Assemblage (aucun)

Manipulation (5 min)✔ Poser le moteur sur sa main, sur la poche de glaçon ou sur la

chaufferette. ✔ Initier la rotation de la roue.

Explications

Figure tirée de la fiche technique du fournisseur (PASCO)

Thermodynamique

✔Changement de phase✔moteur thermique✔Cycle de Carnot

La partie basse de l'instrument est composée de 2 plaqueshorizontales reliées par un cylindre en plastique transparent. Dansce volume est placé un cylindre en polystyrène autour duquel l'airpeut circuler. Le moteur est sensible à une variation detempérature entre les 2 plaques égale à 4°C. On peut donc lefaire fonctionner en le posant sur la main. Le cycle comportequatre phases.– Quand le cylindre en polystyrène est loin de la face chaude, l'air

contenu dans le cylindre en plastique se déplace vers la facechaude et est donc chauffé (chauffage isochore).

– L'air étant chauffé, il s'expand et la pression augmente (détenteisotherme). L'augmentation de pression pousse le piston engraphite vers le haut, entraînant la roue.

– La rotation de la roue entraîne le cylindre en polystyrène vers laface chaude. L'air contenu dans le cylindre en plastique sedéplace donc vers la face froide et est refroidi (refroidissementisochore).

– L'air étant refroidi, la pression dans le cylindre en plastiquediminue et fait descendre le piston (compression isotherme). Lecylindre en polystyrène se déplace vers la face froide, l'air versla face chaude et le cycle recommence.

Cycle de Stirling (http://res-nlp.univ-

lemans.fr/NLP_E_M11_G01_09/res/NLP_10_04_img_09.gif)

RéférencesRef Planès : Ref Pira :http://ris-systech2.its.yale.edu/physics/demos/demomain.asp?task=viewdemo&id=4F30.10

Ref fournisseur:http://store.pasco.com/pascostore/showdetl.cfm?&DID=9&Product_ID=50707&Detail=1

video

http://www.youtube.com/watch?v=rsdHZKcuV1k

Plus d'infos....

http://www.moteurstirling.com/index.php

Conseils

EFFET VENTURIexpérience

PIRA

Assemblageaucun

Manipulation (2min)✔Poser la balle sur le support en bois.✔Souffler dans le tube pour maintenir la balle à hauteur constantedans le flux d'air.

Explications L'effet Venturi, correspond à la formation d'une dépression dansune zone où les particules d'un fluide sont accélérées. Il découle du théorème de Bernoulli: On considère un fluide incompressible, non visqueux, s'écoulantdans une conduite. Si le diamètre de la conduite diminue, le débitétant constant, la vitesse du fluide augmente. Du fait de laconservation de l'énergie, l'augmentation de l'énergie cinétique setraduit par une diminution de l'énergie élastique, et donc par unediminution de la pression. En négligeant les effet de pesanteur, le théorème de Bernouillis'écrit:P1 +½.μ.V1

2 = P2 +½.μ.V22.

où µ est la masse volumique du fluide, V1,2 (resp.P1,2) la vitesse(resp. la pression) du fluide dans les deux parties de la conduite.

Dans le cas de la balle, l'air circule plus vite sur la balle qu'endessous (la vitesse de l'air sous la balle est nulle (point d'arrêt)), cequi crée une dépression au dessus de la balle. Celle-ci est attiréevers la zone de basse pression et s'immobilise au point (dépendantdu débit d'air) où la dépression compense son poids.

RéférencesRef Planès : page 51, fig 108 de Expériences de Physique de M. FrançonRef Pira :

Dynamique desfluides

✔Effet Venturi✔Dynamique des fluides✔Théorème de Bernoulli

La «pile humaine»expérience 28.

PIRA

AssemblageLes tubes de cuivre et de dural sont les deux électrodes d'une pile,l'étudiant constituant le «milieu actif». Chaque étudiant serre untube de cuivre dans une main, un tube de dural dans l'autre. Onbranche les étudiants en série en reliant l'électrode en cuivre de l'unà l'électrode en dural de son voisin.

Manipulation (10 min)✔ Commencer par un étudiant et mesurer la tension à ses bornes(on trouve environ 300 mV). On peut également mesurer sarésistance et en déduire l'intensité du courant par la loi d'Ohm.✔Brancher ensuite plusieurs étudiants et vérifier que la tension auxbornes de l'ensemble varie comme la tension aux bornes de l'unmultipliée par le nombre d'étudiants formant la pile. On peutéventuellement tracer la droite U=f(n) où U est la tension mesuréeet n est le nombre d'étudiants.✔On peut également observer l'effet de l'inversion des bornes sur latension mesurée.

ExplicationsC'est le principe de la pile, formée par deux électrodes de naturesdifférentes plongées dans un milieu actif (sel, base, acide). Lemilieu actif agissant différemment sur les deux électrodes, unedifférence de potentiel apparaît et un courant circule. Ici, le milieuactif est probablement dû à l'acidité de la transpiration despersonnes (il faut bien serrer les électrodes pour que celafonctionne).Références R.A. Morse, The Physics Teacher, 48 (2010) 154

Electricité

✔additivité des tensions✔ Loi d'Ohm

COFFRET ELECTROSTATIQUEexpérience

PIRA

Ce coffret permet de réaliser différentes expériencesd'électrostatique, décrites dans les fiches suivantes.

Assemblage (1 min)Le matériel commun à toutes les expériences est le support formépar les deux demi-cercles rouges et la base noire (emboîter les deuxdemi-disques et positionner le tout sur la base). Les différentséléments sont ensuite emboîtés sur ce support.

Pour créer des charges On peut électriser la baguette en la frottant avec le tissu en laine;on crée alors des charges négatives.Une méthode plus efficace consiste à charger un disque métallique.Pour cela, on frotte une feuille en plastique, posée sur la table, avecle tissu en laine. La feuille se charge négativement. On pose ensuitele disque métallique sur le feuille en le tenant par la tige isolante.Par influence, la face du disque en contact avec la feuille se chargepositivement; l'autre face négativement. On évacue les chargesnégatives en posant le doigt sur cette dernière. Finalement, onéloigne (lentement) le disque de la feuille en plastique. Le disqueest chargé positivement.Pour vérifier que le disque est effectivement chargé, on disposed'une diode flash que l'on approche du disque. Lorsqu'elle estparcourue par un courant, elle émet un flash lumineux

Electrostatique

✔charges positives, négatives✔attraction, répulsion

correspondant à l'émission du néon, d'autant plus intense que lecourant, et donc la charge, est élevé.


Ref fournisseur: http://www.imaginascience.com/boutique/pages/fichedescriptive.php?ref=44#haut

Ref Pira :

vidéo

CHARGES ELECTRIQUESexpérience 270101

PIRA

Assemblage (2 min)Scotcher la bandelette au sommet du support afin qu'elle pendeverticalement.

Manipulation (5 min)✔ Electriser la baguette au moyen du tissu en laine.✔ L'approcher de la bandelette et observer que la bandelette est

attirée par la baguette.✔ Refaire l'expérience avec la feuille de plastique électrisée. De

part sa plus grande surface, la charge est plus importante etl 'effet plus spectaculaire.

RéférencesRef Planès : p 197, Expériences de Physique, M. Françon


Ref Pira : http://ris-systech2.its.yale.edu/physics/demos/demomain.asp?task=viewdemo&id=5A40.20

vidéohttp://itunes.apple.com/fr/itunes-u/experiences-delectrostatique/id486710975: signe des charges électriques

Electrostatique

✔charges électriques✔attraction des corps isolants

SIGNE DES CHARGESexpérience

PIRA

Assemblage (1 min)✔ Fabriquer un pendule en attachant une bille de polystyrène à

un morceau de fil conducteur et en l'enrobant de papieraluminium (a priori, c'est déjà prêt).

✔ Fixer le pendule en haut du support général grâce à la tigeisolante de la boule métallique.

Manipulation (5 min)✔ Electriser le disque métallique au moyen de la feuille plastique

et du tissu en laine. Le disque est chargé positivement.✔ L'approcher de la bille. La bille est attirée, touche le disque, se

charge positivement et est repoussée.✔ Electriser la baguette noire au moyen de du tissu en laine. La

baguette est chargée négativement.✔ Approcher la baguette de la bille. Celle-ci est attirée par la

baguette (effet plus ou moins clair...).

RéférencesRef Planès : p 197, Expériences de Physique, M. Françon


Ref Pira :

Electrostatique

✔charges positives, négatives✔attraction, répulsion✔électrisation par frottement,par contact

ExplicationsL'un des 2 disques du dispositif est chargé positivement (parcontact avec le disque initialement électrisé), l'autre négativementpar influence avec le premier. La bille est initialement neutre. En« désymétrisant » le système, la bille est attirée par l'un des deuxdisques. Elle le touche, se charge comme lui, est repoussée et doncattirée par l'autre disque qu'elle touche, etc...



Ref Pira :

vidéohttp://itunes.apple.com/fr/itunes-u/experiences-delectrostatique/id486710975attraction des corps légers

PING-PONGELECTROSTATIQUE

expérience 270301PIRA

Assemblage (1 min)✔ Fabriquer un pendule en attachant une bille de polystyrène à

un morceau de ficelle et en l'enrobant de papier aluminium (apriori, c'est déjà prêt).

✔ Fixer le pendule en haut du support général grâce à la tigeisolante de la boule métallique.

✔ Placer deux disques métalliques de part et d'autre du pendule.La distance entre les disques est de l'ordre de 1 cm.

Manipulation (2 min)✔ Electriser un disque métallique au moyen de la feuille plastique

et du tissu en laine.✔ Charger l'un des deux disques fixés sur le support en le

mettant en contact avec le disque chargé.✔ Eventuellement, tirer sur la ficelle ou rapprocher légèrement

l'un des deux disques; la bille se met à osciller.

Electrostatique

✔charges positives, négatives✔attraction, répulsion✔électrisation par frottement,par contact, par influence

ExplicationsL'un des 2 disques du dispositif est chargé positivement (parcontact avec le disque initialement électrisé), l'autre négativementpar influence avec le premier. La bille est initialement neutre. En« désymétrisant » le système, la bille est attirée par l'un des deuxdisques. Elle le touche, se charge comme lui, est repoussée et doncattirée par l'autre disque qu'elle touche, etc...



Ref Pira :

vidéohttp://itunes.apple.com/fr/itunes-u/experiences-delectrostatique/id486710975attraction des corps légers

PALMIER ELECTROSTATIQUEexpérience

PIRA

Assemblage (1 min)✔ Former le « palmier » en découpant des bandelettes de 0,5 cm

de large et de 5 cm de long dans un morceau de papier de soie(ne pas séparer les bandelettes les unes des autres). A priori,c'est déjà prêt.

✔ Donner à l'ensemble la forme d'un palmier et l'introduire dans letrou de la boule métallique.

Manipulation (5 min)✔ Electriser un disque métallique au moyen de la feuille plastique

et du tissu en laine.✔ Charger la boule métallique par contact avec le disque

électrisé. Les bandelettes formant le « palmier » se redressentet s 'écartent les unes des autres.

✔ Charger la boule plusieurs fois (il faut à chaque fois charger ledisque). La charge s'accumule sur la boule et l'effet est de plusen plus net.



Ref Pira :

Electrostatique

✔charges électriques✔attraction, répulsion des corpsisolants✔électrisation par contact✔accumulation de la charge

MISE EN EVIDENCE DE LACHARGE

expériences 27.05 et 27.06PIRA

Assemblage (2 min)Découper une bandelette de papier de soie d'environ 10 cm de longet 1 cm de large. La plier en deux et l'introduire dans la sphèremétallique positionnée sur le support comme le montre la photo.

Manipulation (5 min)✔ Electriser le disque métallique au moyen de la feuille plastique

frottée avec le tissu en laine.✔ Charger la sphère avec le disque électrisé. La charge s'étend à

la bandelette de soie. Les deux morceaux de la bandelette,portant des charges de même signe, se repoussent. Observerque les deux morceaux de la bandelette s'écartent.

✔ Electriser le disque à nouveau et recommencer l'opération. Lacharge portée par la sphère augmente et les bandelettess'écartent plus.

✔ Toucher la sphère avec le doigt pour évacuer les charges. Lesbandelettes se rapprochent.

Electrostatique

✔électrisation par contact✔répulsion des charges demême signe✔accumulation de la charges✔évacuation des charges à laTerre✔« électroscope »

RéférencesRef Planès : Electroscope, Fig 367 p 199 « Expériences de Physique » M.Françon(cette expérience illustre le principe de l'électroscope sauf que les deuxfeuilles de l'électroscope sont ici en matériau isolant).


Ref Pira :

vidéo

TRANSFERT DE LA CHARGEexpérience

PIRA

Assemblage (2 min)Fabriquer un « électroscope » à partir d'une bandelette de papier desoie (morceau d'environ 10 cm de long et 1 cm de large plié endeux) scotché sous un disque métallique. Le positionner sur lesupport comme le montre la photo.

Manipulation (2 min)✔ Electriser la feuille plastique en la frottant avec le tissu en laine

et la poser sur le disque métallique (pas au milieu sinon lesbandelettes se collent à la feuille). Observer que les bandelettess'écartent.

✔ Décharger le disque en touchant du doigt sa face inférieure. Lesbandelettes se rapprochent.

✔ Retirer la feuille plastique électrisée, les bandelettes s'écartentà nouveau.

ExplicationsLa feuille plastique est chargée négativement. Lorsqu'on la pose surle disque métallique, celui-ci se charge par contact. Des charges

Electrostatique

✔électrisation par contact✔répulsion des charges demême signe✔transfert de charge✔évacuation des charges à laTerre✔« électroscope »

positives, attirées par celles de la feuille plastique, apparaissent sursa face supérieure. Des charges négatives, repoussées par celles dela feuille plastique, apparaissent sur la face inférieure. Les deuxmorceaux de la bandelette de soie, qui « mesure » la charge de laface inférieure, se chargent négativement et donc se repoussent.Lorsque on touche la face inférieure avec le doigt, on évacue cescharges négatives : on décharge la face inférieure et les bandelettesse rapprochent. En retirant la feuille plastique électrisée, les chargespositives de la face supérieure du disque se répartissent. La faceinférieure est à nouveau chargée (positivement cette fois-ci) et lesbandelettes s'écartent.

RéférencesRef Planès : Electroscope, Fig 367 p 199 « Expériences de Physique » M.Françon(cette expérience illustre le principe de l'électroscope sauf que les deuxfeuilles de l'électroscope sont ici en matériau isolant).


Ref Pira :

vidéo

LEVITATIONDIAMAGNETIQUE

expérience PIRA

Assemblage (2 min)Placer le gros aimant à l'extrémité inférieure de la vis, la vis étantdévissée au maximum. Poser l'un des petits aimants (ça fonctionnemieux avec l'aimant cubique) sur la plaque de graphite du bas.Dévisser le support de cette dernière afin que le petit aimant soit àenviron 5 mm de la plaque de graphite du haut.

Manipulation (2-3 min)Visser progressivement la vis pour rapprocher le gros aimant. Lepetit aimant se met à bouger sur la plaque de graphite inférieure.Remonter alors légèrement la plateforme qui supporte le petitaimant: il se met à léviter entre les 2 plaques.

ExplicationsIl n'est pas possible d'atteindre une lévitation stable de charges oud'aimants dans un champ statique qui présente une dépendance en1/r² (théorème d'Earnshaw, 1848). En revanche, un état delévitation peut être obtenu avec des matériaux diamagnétiques(matériaux qui, soumis à un champ magnétique statique, produisentun champ magnétique s'opposant à ce dernier).

Les matériaux diamagnétiques sont les deux plaques de graphitepyrolithique soumises au champ magnétique créé par le petitaimant néodyme placé entre elles. On ajuste la distance entre le petit aimant et le gros aimant placéau bout de la vis afin que la force d'attraction du gros aimantcompense presque exactement la force gravitationnelle agissant sur

Magnétisme

✔diamagnétisme✔aimant permanent

plaques en graphitepyrolithique

gros aimant

vis

plateformeréglable en hauteur

petitaimant

le petit aimant. Dans ce cas, les deux plaques de graphitediamagnétiques en repoussant les pôles du petit aimant, transposentcelui-ci dans un état d'équilibre stable et il lévite.

Références

Ref Planès :Ref Pira :

autres liens :http://www.imaginascience.com/boutique/pages/fichedescriptive.php?ref=71#hautvidéo: http://www.dailymotion.com/video/x161tk_levitation- diamagnetique-2_tech

vidéos « susceptibilité magnétique d'un liquide » et « Diamagnétisme etparamagnétisme », itunesU UPMC http://itunes.apple.com/WebObjects/MZStore.woa/wa/viewPodcast?id=504847783)

Expériencesassociées

✔ diamagnétisme de l'eau

✔ diamagnétisme du bismuth

LOI DE LENTZexpérience

PIRA 5K20.25

Assemblageaucun

Manipulation (2min)✔Placer le morceau de métal dans le tube et boucher les deuxextrémités.✔Retourner le tube et observer le temps de chute de l'objetmétallique.✔Recommencer l'expérience avec l'aimant néodyme.✔Comparer les temps de chute.

Explications Cette expérience illustre le phénomène d'inductionélectromagnétique. D'après la loi de Lenz, le déplacement de l'aimant dans le tube encuivre crée un courant induit et ainsi, un champ magnétique,opposé à celui qui lui a donné naissance, qui ralentit l'aimant danssa chute. RéférencesRef Planès : Phénomène d'induction électromagnétique, page 243 deExpériences de Physique de M. Françon


Ref Pira : http://ris-systech2.its.yale.edu/physics/demos/demomain.asp?task=viewdemo&id=5K20.25

Electromagnétisme

✔Induction, Loi de Lentz✔Courants de Foucault

Documents

Plateforme pédagogique d'expériences de Physique Fiches d