Faire tourner une bille dans un verre à cognac

La force centrifuge peut souvent être bien plus importante que le poids : une bille mise en rotation peut facilement remonter le long de la paroi inclinée d’un verre de cognac, et s’y maintenir tant que sa vitesse reste suffisante.

Fiche d’accompagnement de l’expérience:
 

Matériel
  • un verre à cognac (ouverture plus étroite que le corps du verre) ;

  • une bille ou une noisette.

Montage et réalisation

Poser une bille sur une table et la coiffer avec un verre à cognac renversé.

Déplacer le verre sur la table en formant des cercles : la bille est entraînée et elle se met à tourner à l’intérieur du verre en décollant de la table .

La bille s’élève à l’intérieur du verre lorsqu’on accélère le mouvement du verre.

La position la plus haute atteinte par la bille correspond à l’endroit où le verre est le plus large.

Le verre peut être soulevé de la table sans que la bille tombe à condition qu’il ait un mouvement suffisamment rapide.

 

Explications

C’est la paroi du verre qui exerce sur la bille la force qui la maintient dans le verre. La paroi du verre exerce sur la bille une force normale à cette paroi, et dont la projection horizontale n’est autre que la force centripète due à la rotation.

La projection verticale, dirigée vers le haut en raison de la forme du verre compense le poids de la bille et permet à la bille de s’élever le long de la paroi.Si la projection verticale est exactement égale au poids, la bille décrit des cercles d’altitude constante.Di la projection verticale est un peu supérieure à celle du poids, l’altitude des cercles augmente. La hauteur maximale de la bille est atteinte lorsque la réaction du verre est quasiment horizontale et se confond pratiquement avec la force centripète.Si la vitesse de rotation est suffisamment grande, on peut même soulever le verre sans que la bille tombe.

 

Remarques

Si l’on retire le verre brusquement au début du mouvement avant que la bille ne monte, on supprime la force centripète exercée sur la bille : celle-ci continue donc en ligne droite

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