Des ciseaux en chute libre

On utilise des ciseaux pour montrer l’apesanteur au cours d’une chute libre.

Fiche d’accompagnement de l’expérience:
 

Matériel
  • des ciseaux en métal (uniquement) et dont les deux branches sont aisément mobiles l’une par rapport à l’autre ;

  • éventuellement une échelle ;

  • éventuellement une lampe puissante ;

  • accessoires : un coussin ou un dispositif pour amortir l’impact des ciseaux sur le sol.

Montage et réalisation

Lorsqu’on tient une paire de ciseaux ouverte, par la pointe d’une de ses branches, l’autre branche ne reste pas horizontale : le moment de son poids par rapport au pivot la replace verticalement.

Si on lâche les ciseaux en les tenant au départ par la pointe d’une branche, après avoir placé la deuxième branche horizontalement, le comportement de celle-ci est différent.

En chute libre, les ciseaux sont en apesanteur, et tout se passe comme si la deuxième branche n’avait plus de poids : elle tombe donc en restant horizontale.

Explications

Le centre de gravité de chaque branche se trouve entre l’anneau et le pivot ; c’est en ce point que s’applique le poids de chaque lame.
Lorsqu’on lâche la deuxième branche à partir d’une position horizontale, le moment du poids par rapport à l’axe de rotation (le pivot) ramène la branche verticalement.
Lorsqu’on lâche les ciseaux en chute libre, ils sont soumis à leur poids

et leur accélération est
.
Dans le référentiel du centre d’inertie des ciseaux (qui n’est pas galiléen) les ciseaux sont soumis en plus à la force d’inertie d’entraînement
,
opposée au poids des ciseaux. Dans ce référentiel tout se passe comme si les ciseaux n’étaient plus soumis à leur poids, il n’y a donc plus de moment de force pour rabattre la branche horizontale.

 

Remarques

Il s’agit d’une expérience d’apesanteur

 

Références

Université en Ligne : réferentiels en mouvement

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