La « boîte magique », qui roule toute seule

Cette vidéo montre le comportement étrange d’une boîte de conserve : posée sur une table horizontale et déplacée à la main, elle revient en arrière et ne s’immobilise qu’après plusieurs allers et retours. Le secret de la boîte est simple, mais son explication et loin d’être triviale car elle fait appel à la notion d’énergie potentielle élastique.

Fiche d’accompagnement de l’expérience:
 

Matériel
  • 2 élastiques de taille moyenne (circonférence : environ 13 cm)

  • une boîte de conserve de forme cylindrique, vide, éventuellement avec son couvercle (diamètre : au moins 8 cm ;hauteur telle que l’élastique qui est tendu à l’intérieur ait une taille comprise entre 10 et 18 cm)

  • des allumettes ou du fil de fer assez épais

  • une masse (environ 65 g) ou bien du ruban plombé utilisé comme lest pour les ourlets des rideaux et un vieux collant

  • du fil (longueur : environ 10 cm)

  • accessoires : clou, marteau

Montage et réalisation

Tendre un élastique sur toute la longueur en le maintenant en place par deux réglettes de bois

Au milieu de cet élastique, suspendre une masse de quelques dizaines de grammes, un gros écrou par exemple.

Lorsqu’on déplace la boîte avec la main, la masse accrochée à l’élastique oblige celui-ci à se torsader.

L’élastique emmagasine donc de l’énergie potentielle élastique.

Lorsqu’on lâche la boîte, l’élastique se détend et fait rouler la boîte en sens inverse pour la ramener à son point de départ.

Explications

Lorsqu’on « remonte » la boîte on provoque une torsion, et par là même une tension, des élastiques qui se croisent à l’intérieur.

Lorsque la boîte « remontée » se met à rouler il y a transformation partielle de l’énergie potentielle de déformation des élastiques en énergie cinétique de la boîte de conserve.

En raison de son inertie, la boîte dépasse ce point : l’élastique se tord de nouveau et le phénomène se poursuit, jusqu’à ce que la boîte s’immobilise enfin, après plusieurs oscillations.

Une partie de l’énergie est perdue sous forme de chaleur à cause des frottements.

Remarques

La « boîte magique » et la boîte de conserve de l’expérience « La « boîtomobile » » ont des moyens de propulsion très proches.

L’expérience de la « boîte magique » est plus stupéfiante mais elle nécessite des boîtes de conserve de taille appropriée (voir plus haut).

Pour la « boîtomobile » on n’a besoin que de canettes de boisson courantes.

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