Trouvez le centre de gravité d’un balai avec les yeux fermés !

Réalisation de l’expérience

Tiens un balai devant toi à l’horizontale avec les yeux fermés. Le manche doit reposer tes index. Écarte les bras autant que tu le peux. Ferme les yeux et rapproche doucement les bras. Le manche du balai glisse alternativement sur les index droit et gauche. Lorsque tes mains se touchent, le manche du balai ne tombe étonnamment pas par terre, mais reste bien en équilibre sur tes doigts.

Explications

En réalisant cette expérience, tu t’en remets à la physique pure. Seul un doigt à la fois glisse sous le manche du balai, et il s’agit toujours de celui sur lequel le frottement est justement le plus faible.

Au début, le doigt qui commence à glisser est celui qui est le plus loin du centre de gravité. Il supporte donc la plus faible partie du poids. Plus le doigt qui glisse se rapproche du centre de gravité du balai, plus la partie du poids qu’il doit supporter augmente. Le frottement augmente entre le manche du balai et le doigt qui glisse tandis que la partie du poids supportée par le doigt immobile et le frottement diminuent.  Dès que le frottement sur le doigt immobile est moins important que celui exercé sur le doigt qui glisse, les rôles s’inversent. Les deux doigts glissent tour à tour jusqu’à trouver le centre de gravité du balai. Ainsi, le balai finit par être en parfait équilibre.

L’interaction entre le doigt immobile et le doigt qui glisse est uniquement possible en raison de la différence entre le frottement de glissement et le frottement statique. On connaît bien cette différence lorsqu’on déplace des meubles lourds. Au début, il faut beaucoup de force pour faire bouger, par exemple, un canapé lourd. Une fois que le canapé a commencé à glisser, il faut moins de force pour le pousser sur le sol. Le frottement de glissement est toujours plus petit que le frottement statique pour un même poids.

Il en est de même pour l’expérience du balai sur vos doigts. Lorsque le doigt immobile se met à glisser, la force du frottement diminue subitement entre le manche du balai et le doigt. C’est exactement le contraire pour l’autre doigt : lorsqu’il arrête de glisser, il adhère plus fortement au manche du balai. Les deux doigts changent de rôle dès que le frottement de glissement sur le doigt qui glisse est plus important que le frottement statique sur le doigt immobile.

Avertissements

Cette expérience n’est pas dangereuse.

Astuces

L’expérience fonctionnera mieux si tu n’y réfléchis pas et si tu ne te demande pas si tes mains trouveront réellement le centre de gravité du balai. Rapproche les mains progressivement. Beaucoup de gens pensent que cette expérience étonnante est difficile à réaliser, mais tout le monde y arrive avec un peu d’entraînement. Tu n’es pas obligé de fermer les yeux : ce n’est que pour les sensations !

Tu peux réaliser cette expérience, par exemple, en demandant à quelqu’un de tenir le balai devant lui en suivant la méthode ci-dessus. Demande à la personne qui réalise l’expérience de fermer les yeux. Pose une main sur son épaule comme un magicien et dis que tu lui transmets la force de la magie. Ensuite, dis à cette personne d’écarter lentement les bras. Laisse libre cours à ton imagination pour le costume qui fera mieux l’affaire pour ce spectacle !

À la fin de l’expérience, tu peux poser cette épineuse question : si je scie le balai au niveau de son centre de gravité, c’est-à-dire là où vos deux mains se touchent, les deux morceaux obtenus pèseront-ils le même poids ? La plupart des gens pensent que les deux morceaux sont aussi lourds. Cependant, la bonne réponse est non. Le côté le plus court, c’est-à-dire celui où se trouve la tête du balai, est le plus lourd. Cela fonctionne de la manière que lorsqu’un adulte veut faire de la balançoire à bascule avec un enfant : la personne la plus lourde doit être plus près du centre de gravité si elle veut être en équilibre avec la personne la plus légère.

Généralités

Les résistances au frottement jouent un rôle important dans notre quotidien. On le remarque par exemple en cas de verglas : le frottement entre la semelle de nos chaussures et le sol est si faible que nous ne pouvons pratiquement pas nous tenir droits. Dans un monde sans frottement, les clous ne tiendraient pas dans le mur et l’on aurait du mal à tenir les objets, car ils nous glisseraient des mains. Les voitures pourraient descendre de d'une montagne, mais sans élan, elles ne pourraient pas y remonter...

Auteur: Ingo Knopf/scienceRELATIONS
Vidéo: Ingo Knopf