TP Toupie

La toupie « magique »
I. Introduction
La lévitation est pour beaucoup associée aux magiciens des
histoires de nos enfances. Mais ici, rien de magique ! Juste de la
science…
Cette expérience repose sur le magnétisme et les effets
gyroscopiques… Mais qu’est ce qui se cache derrière ces mots
compliqués ?
II.
Principe
Un aimant est un dipôle avec un pôle nord à un bout et un pôle sud
à l'autre, et il est impossible de séparer ce couple nord-sud.
La propriété qui nous intéresse est la capacité d’un aimant à créer
un champ magnétique :
Ce champ est orienté, les lignes de force allant du nord vers le sud.
De même que les charges électriques de même signe se repoussent, les
pôles magnétiques de même nom se repoussent aussi.
Théoriquement, deux aimants superposés de polarité identique
devraient donc se repousser sans jamais se toucher.
Cependant, la superposition de 2 aimants de polarité opposée est très
instable. Cela est dû au fait que les lignes de force du champ
magnétique se comportent comme des surfaces infiniment glissantes :
C’est là qu’intervient l’effet gyroscopique.
L’effet gyroscopique repose sur le fait qu’une toupie une fois lancée,
tend à résister aux changements de son orientation par la conservation
du moment de rotation.
III : L’expérience
Toupie
Socle
Schéma de la toupie « magique »
Durant notre TP, nous utiliserons 2 aimants : 1 premier aimant situé
dans le socle en plastique et un second aimant qui constitue le cœur
de la toupie, celui du socle ayant son pôle Nord vers le haut et celui
de la toupie ayant son pôle Nord vers le bas ! Ils vont provoquer la
lévitation de la toupie par répulsion magnétique.
Mais, cette manipulation n’est possible que grâce à la poussée
initiale que l’on donne à la toupie en la mettant en rotation. Sans
rotation, il serait absolument impossible de la faire tenir au-dessus de
son socle. C'est parce qu'elle tourne très vite sur elle-même qu'elle
peut, selon son humeur, tenir de 30 secondes à plus de deux minutes
en l'air.
Le protocole nécessite :
Une stabilisation de l’aimant socle qui doit être parfaitement
horizontal
Placer la planche de plastique sous la toupie
Donner une impulsion à la toupie
Soulever lentement la planche de plastique pour faire décoller
la toupie
En conditions optimales, la toupie peut tourner jusqu’à 3
minutes !
VI. Questionnaire
Effet Gyroscopique ou Magnétique ?
 Fermetures de portes pour les placards ou les
réfrigérateurs
 Une toupie que tourne
 Le boomerang
 Punaises pour fixer les papiers sur un tableau métallique
 Écouteurs de vos lecteurs MP3
 iPhone ou iPod
 L’horizon artificiel des avions
 Les disques durs
Texte à compléter
L'aimant en forme d'anneau logé dans le ….. présente un pôle …. à
l'aimant en lévitation qui présente un pôle nord vers le … . Les deux
aimants présentent des pôles ………. et se repoussent. Pour éviter la
rotation du petit aimant qui cherche à se retourner et à présenter son
pôle …., on utilise l'effet ………... Le petit aimant est en lévitation
tant que la vitesse de ……… est suffisante. Les frottements de l'air
ralentissent la rotation et, au bout de 1 à 2 minutes, l'aimant se ………
et vient se coller sur le …...
L’Etudiant ESSTIN :
Arnaud
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