Créez un balancier hynotisant !

Réalisation de l’expérience

Attention : cette expérience doit être réalisée sous la surveillance d’un adulte (voir section sur les avertissements).

Noue un fil d'environ 75 cm de long sur un grand écrou. Répète l'opération avec 8 à 10 écrous en tout. Perce à présent des trous dans un tasseau en bois de 1 mètre de long environ. Tu dois avoir autant de trous que d'écrous et ils doivent tous être placés à équidistance les uns des autres. Les trous doivent être suffisamment grands pour que tu puisses à chaque fois y passer un fil. Tu peux ici t'aider d'une grande aiguille.

À côté de chaque trou, visse dans le tasseau respectivement une vis en bois sur environ un tiers de sa longueur. Pour que ce soit plus facile, tu peux prépercer un trou pour la vis. Noue respectivement un fil sur chaque vis.

Pose le tasseau en bois à l'horizontale sur 2 tréteaux ou deux dossiers de siège et fixe-le de chaque côté avec 2 serre-joints ou deux grandes attaches. Tu trouveras les deux au magasin de bricolage.  Les écrous doivent à présent pendre à la perpendiculaire sur leurs fils les uns à côté des autres. La construction de base est alors terminée.

Enroule à présent les différents fils autour de leur vis en bois de manière à ce qu'ils soient de plus en plus courts en remontant la construction. Les écrous sont désormais suspendus sur une ligne légèrement ascendante. Pour obtenir un beau pendule, tu dois passer encore un peu de temps à l'ajustement. L'idéal est de travailler d'un côté à un autre. Prends l'écrou le plus extérieur avec le fil le plus long avec son voisin, incline-les et lâche-les en même temps. Tu comptes ensuite les oscillations jusqu'à ce qu'elles ne fassent plus qu'une seule et même oscillation. Allonge ou raccourcis le fils de la vis à l'intérieur jusqu'à ce que la longueur du fil soit réglée de manière à ce que les deux écrous soient à nouveau synchrones pour une oscillation au bout de 50 à 60 oscillations env. S'ils se synchronisent trop vite, rallonge le fil de l'écrou situé à l'intérieur, si la synchronisation est trop longue, raccourcis-le. Le réglage fin ressemble à l'accord d'un instrument de musique : tu tournes pour cela délicatement la vis autour de laquelle le fil est enroulé.

Admettons que tu aies 55 oscillations pour l'écrou extérieur, l'écrou voisin devrait osciller 56 fois dans le même temps. Ajuste tous les autres écrous de manière à ce qu'ils réalisent respectivement une oscillation de plus que le précédent avant d'être synchrones avec les écrous déjà ajustés. Tu auras éventuellement besoin pour cela de plusieurs passages. Plus l'ajustement est précis, plus ton balancier sera impressionnant. Si tu as ajusté précisément les longueurs de fil les unes aux autres, inclines tous les écrous avec un tasseau et lâche-les en même temps. Recule-toi et observe le schéma oscillatoire fascinant de ton balancier !

Explications

Le principe qui se cache derrière cette expérience est que la durée d'une oscillation dépend idéalement uniquement de la longueur du pendule. Dans le cas de notre construction de balancier, la longueur du fil détermine donc la vitesse d'oscillation de chaque écrou. L'écrou avec le fil le plus long est celui qui met le plus de temps pour une oscillation ; l'écrou avec le fil le plus court est celui qui met le moins de temps pour une oscillation.

Ce principe était utilisé concrètement autrefois pour les pendules. Le pendule est le cadenceur dans ce type d'horloge. Peu importe ici la portée du déplacement du pendule ou son poids car sa durée d'oscillation (tout du moins sur le plan théorique) dépend uniquement de sa longueur. Lorsqu'un pendule tourne trop vite, il faut donc déplacer légèrement vers le bas le poids exercé sur la tige ce qui permet d'augmenter la longueur du pendule et donc de le faire osciller plus lentement. Si un pendule fonctionne trop lentement, il faut déplacer le poids vers le haut pour raccourcir la longueur du pendule et le faire osciller plus rapidement.

Avertissements

Fais attention à ne pas te blesser en perçant des trous ou en manœuvrant des outils pointus ! Laisse un adulte t'aider pour ce type d'opération.

Astuces

Essaye plusieurs types de fil avant d'arrêter ton choix. Le fil doit être le moins élastique possible. Il est également impératif qu'il tourne le moins possible autour de son axe longitudinal lorsqu'on y accroche un poids. Pour tester cela, accroche différents types de fil les uns à côté des autres en les lestant respectivement d'un écrou. Laisse-les osciller plusieurs fois. Décide-toi pour le fil pour lequel l'écrou reste le plus stable possible, c'est-à-dire celui où il tourne le moins autour de son propre axe.

Parfois, les écrous s'entrechoquent pendant le mouvement pendulaire. Veille à ne pas les accrocher trop près les uns des autres ! Expérimente aussi la façon dont tu peux idéalement influencer la direction du mouvement pendulaire. Pour ce faire, il est par exemple possible d'utiliser un poinçon pour adapter très délicatement la forme du trou. Cet outil perforateur porte également le nom de préperceur ou d'alésoir. Il ne s'agit de rien d'autre que d'une grosse aiguille munie d'une poignée stable. Tu peux placer l'alésoir dans le trou et faire un léger mouvement de va-et-vient dans la direction souhaitée du pendule pour donner au trou un diamètre légèrement ovale permettant de diriger le fil dans le plan pendulaire correct.

Auteur: Ingo Knopf/scienceRELATIONS
Video: Ingo Knopf