Die vergeßliche Sanduhr
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1. exer ant sur le sablier se ram ne alors E zi R f rences bibliographiques Gardner M Physik und Didaktik 14 2 1986 160 Walker J Le carnaval de la physique Dunod Paris 1997 file Cl cdrom 20experience 20de 20physique master Html Mds Mds062 htm 30 03 2009 11 05 012. Die vergeBliche Sanduhr Le sablier amn sique force poids pouss e d Archim de moment d une force frottement En utilisant un sablier lest et une prouvette remplie d eau on montre quel est l effet sur le mouvement d un solide de forces qui ne passent pas par le centre d inertie Figure 1 EE Materiel e un sablier d monter un sablier de cuisine du commerce et r cup rer la partie en verre e dela p te modeler e un cordon pour lester les rideaux contenant des billes de plomb longueur approximative 5 cm on peut se procurer ce cordon en mercerie ou bien acheter au rayon loisirs des billes de plomb utilis es en mod lisme pour lester les bateaux e une cuvette d eau e une prouvette non gradu e transparente remplie d eau diam tre int rieur sup rieur d au moins 7 mm celui du sablier e un bouchon de caoutchouc pour boucher l prouvette e accessoires ciseaux marteau tenailles Montage et r alisation Il faut lester le sablier pour qu il puisse s enfoncer dans l eau L exp rience ne peut r ussir que si le poids du sablier est l g rement sup rieur la pouss e d Archim de C est la raison pour laquelle nous vous conseillons de respecter le mode d emploi suivant Faire un cordon mince en p te modeler l enrouler autour de la partie centrale troite du sablier et appuyer fortement Enlever le tissu qui entoure le ruban de lestage des rideaux et d ta
3. cher une une les billes de plomb Enfoncer dans la p te modeler suffisamment de billes de plomb pour faire descendre le sablier jusqu au file CV cdrom 20experience 20de 20physique master Html Mds Mds062 htm 30 03 2009 11 05 01 Die vergeBliche Sanduhr fond de la cuvette remplie d eau Oter alors la derni re bille de plomb introduite dans la p te modeler l aplatir avec le marteau la couper en huit morceaux l aide des tenailles Enfoncer un un les petits morceaux de plomb dans la p te modeler jusqu ce que le sablier s enfonce dans la cuvette jusqu au fond Ce proc d permet de limiter moins d un huiti me du poids d une bille de plomb la diff rence entre le poids du sablier et la pouss e d Archim de qu il subit dans l eau On peut remplacer le ruban de lestage des rideaux par les petites billes de plomb qui servent lester les mod les r duits de bateaux Le mode op ratoire est le m me qu avec les billes de plomb pour les rideaux Ces petites billes pour mod lisme pr sentent cependant l avantage d tre suffisamment petites pour qu on n ait pas besoin de les couper en huit Leur inconv nient est leur prix plus lev Laisser s couler compl tement le sable et introduire le sablier dans l prouvette de telle sorte que la partie qui contient le sable soit situ e en haut Le sablier ne s enfonce pas imm diatement dans l prouvette il semble avoir oubli pendant quelques second
4. es qu il est plus lourd que l eau d plac e On peut reproduire l exp rience autant de fois qu on le souhaite Il suffit d attendre que tout le sable se soit coul dans le sablier de boucher l prouvette avec un bouchon de caoutchouc et de la retourner 1 A i Explications MMISS EE ne Figure 2 a b Les forces qui s exercent sur le sablier immerg sont son poids P et la pouss e d Archim de F Le poids s exerce au centre de gravit du sablier figure 2 celui ci est situ dans la partie du sablier qui contient le plus de sable La pouss e d Archim de s exerce au centre de gravit de l eau d plac e par le sablier immerg c est dire au centre du sablier centre de la partie troite voir figure 2 Le sablier est donc soumis la force r sultante E p E Le moment f du couple a pour valeur M F4 d F valeur de la force F a d distance entre les droites d action des forces F et P car on peut consid rer que F 1 P Le sablier a t lest de fa on tout juste s enfoncer dans l eau La pouss e d Archim de est l g rement plus faible que le poids La r sultante k des forces F et P est donc dirig e vers le bas Dans cette exp rience on introduit le sablier dans l prouvette de telle sorte que la plus grande partie du file ClV cdrom 20experience 20de 20physique master Html Mds Mds062 htm 30 03 2009 11 05 01 Die vergeBliche Sanduhr sable se
5. trouve dans la moiti sup rieure figure 2a Le moment fait pivoter le sablier qui touche donc la paroi de l prouvette aux points A et B La composante normale de la force pressante exerc e par le sablier sur la paroi est k Sa valeur Fp est proportionnelle au moment M Il n y a pas de glissement si Fr lt 2 ms Fp 1 ms coefficient de frottement statique entre la paroi du sablier et celle de l prouvette Le coefficient 2 dans l quation 1 tient compte du fait que le contact entre le sablier et l prouvette a lieu en deux points A et B Au fur et mesure que le sable s coule dans le sablier le centre de gravit du sablier se d place vers le centre g om trique du sablier ce qui entra ne une diminution de d Il en r sulte une diminution de M et corr lativement une diminution de Fp Le sablier se met glisser lorsque Fr gt 2 ms Fp Si l on n glige la r sistance due au frottement de l eau sur le sablier qui se d place la force r sultante exerc e sur le sablier a alors pour valeur Fr 2 mp Fp et elle est dirig e vers le bas mp coefficient de frottement dynamique entre les surfaces du sablier et de l prouvette Lorsque le centre de gravit du sablier traverse le centre g om trique du sablier le moment du couple change de sens et il a pour effet de redresser le sablier la verticale figure 2b Le contact entre la paroi de l prouvette et le sablier cesse La force r sultante s
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