Acrobaties autour du centre de gravité

On peut rendre stable un assemblage de divers objets en disposant astucieusement son centre de gravité.

Fiche d’accompagnement de l’expérience:
 

Matériel
  • un canif comportant au moins deux lames ;

  • un crayon ;

  • éventuellement du fil et une cuillère.

  • des objets hétéroclites qu’on peut accrocher

Montage et réalisation

Planter la lame d’un canif dans un crayon, et suspendons de l’autre côté quelques objets divers, par exemple une cuillère et des pinces à linge.

Si l’on pose la pointe du crayon sur le bord d’une table, l’ensemble reste en équilibre.

Le rôle des objets accrochés au canif est d’abaisser le centre de gravité de l’équipage en dessous de la pointe du crayon.

Contrairement à ce que l’on a tendance à croire, le centre de gravité d’un solide peut se trouver là où il n’y a pas de matière.

Cette expérience sera donc d’autant plus spectaculaire que les objets accrochés au canif auront une forme irrégulière.

Explications

C’est la position du centre de gravité du système crayon + canif (+ fil + cuillère+objets) qui est déterminante pour la stabilité de l’assemblage.

Lorsque l’assemblage n’a qu’un seul point d’appui, il faut que son centre de gravité se trouve sur la verticale passant par le point d’appui et en dessous de celui-ci pour qu’on ait une position d’équilibre stable. Lorsqu’on le déplace un peu de sa position d’équilibre, le moment du poids par rapport au point d’appui ramène le dispositif dans sa position initiale.

Le crayon seul, debout sur la pointe, a son centre d’inertie sur la même verticale que le point d’appui mais au-dessus : c’est un équilibre instable car un déplacement, même infime, du centre de gravité crée un moment qui écarte le crayon de sa position initiale.

Ces expériences sont spectaculaires parce que l’on a tendance à croire que le centre de gravité se trouve toujours à un endroit où il y a de la matière et non pas « à côté » de l’objet. L’exemple le plus simple d’un objet dont le centre de gravité n’est pas dans la masse de l’objet est celui du disque percé en son centre : le centre de gravité se situe au centre, à un endroit sans matière.

 

Remarques

Les boucles de métal destinées à accrocher les sacs à main au bord d’une table de restaurant fonctionnent sur le même principe

 

Références

Berry, D. A. : A POTPOURRI OF PHYSICS TEACHING IDEAS, Selected reprints from The Physics Teacher April 1963 to December 1986, American Association Of Physics Teachers, College Park, MD 20740-4100, U.S.A. o.J. [1987]

cette fiche a été vue 4421 fois

Une réflexion au sujet de « Acrobaties autour du centre de gravité »

  1. Maoulida

    bonjour,
    je tenais à vous témoigner toute ma gratitude pour votre façon de faire apprendre. Je suis en licence sport spécialité aquatique et votre cours m’a aidé à mieux comprendre le rôle du centre de gravité du corps qui comme vous le mentionner plus haut bouge constamment et parfois n’est pas dans la matière mais à coté.

    Vous faites de la physique comme au temps de Lavoisier et c’est juste grandiose. Confucius avait raison  » étudier est synonyme de voir faire « 

    Répondre

Laisser un commentaire

Votre adresse de messagerie ne sera pas publiée. Les champs obligatoires sont indiqués avec *

*