Des pièces sur un tourne-disque

Des pièces posées sur le plateau d’un tourne-disque permettent de montrer que la force centrifuge dépend de la distance à l’axe de rotation pour une même vitesse angulaire.

Fiche d’accompagnement de l’expérience:
 

Matériel
  • un tourne-disque ou un plateau horizontal tournant à vitesse constante

  • des pièces de monnaie identiques

Montage et réalisation

Poser des pièces de monnaie sur le plateau d’un tourne-disque à différentes distances de l’axe de rotation.

Lorsque le plateau tourne (au moins à 45 tours par minute) les pièces situées près du centre restent en place et celles qui en sont plus éloignées dérapent vers l’extérieur.

Les plateaux de certains tourne-disque présentent des rainures concentriques ou sont recouverts d’un revêtement spécial antidérapant. Ces surfaces empêchent les pièces de glisser, même pour des vitesses de rotation élevées. Il faut alors recouvrir le plateau d’une feuille de papier maintenue par la tige de centrage du disque.

Explications

La force d’inertie centrifuge subie par un mobile décrivant une trajectoire circulaire dépend de la masse de l’objet, de sa distance à l’axe et de la vitesse angulaire de rotation. On a :

(F : valeur de la force centrifuge ; m : masse du mobile ; : vitesse angulaire ; r : distance du mobile à l’axe de rotation).
La masse m et la vitesse angulaire sont les mêmes pour toutes les pièces, seule varie leur distance r à l’axe de rotation. Des pièces numérotées 1, 2, 3 dont les distances à l’axe sont telles que

subissent des forces d’inertie telles que
.
Une pièce glisse sur le plateau si la force centrifuge qu’elle subit est supérieure à la force de frottement statique.

 

 

Remarques

On peut montrer la relation entre la force centrifuge et la vitesse angulaire si l’on dispose d’un tourne-disque dont on peut faire varier continûment la vitesse (les tourne-disque courants ne le permettent pas). Il suffit de placer une pièce sur le plateau et d’augmenter la vitesse jusqu’à ce que la pièce dérape, c’est-à-dire jusqu’à ce que la force centrifuge qu’elle subit devienne supérieure à la force de frottement statique.

cette fiche a été vue 3729 fois