Où le fil se casse-t-il ?

Du fait de son inertie un objet lourd suspendu à un fil modifie la façon dont le fil se casse.

Fiche d’accompagnement de l’expérience:
 

Matériel
  • un fil qu’on peut casser à la main (longueur approximative : 2 m)

  • un objet lourd, par exemple un bloc de bois ou une masse marquée (0,5 à 1 kg)

  • éventuellement des supports de laboratoire (tiges et noix)

Montage et réalisation

Un bloc de bois d’environ 1 kg est accroché à un support grâce à un fil pouvant casser facilement. Un second fil pend librement sous le bloc, sur lequel l’opérateur peut tirer.

Si on exerce une traction progressive sur le fil inférieur, c’est le fil qui supporte le bloc qui casse.

En revanche, si la traction est brutale, c’est le fil inférieur qui se casse en premier. L’inertie du bloc a empêché la traction de se communiquer au fil supérieur.

Explications

Lorsqu’on tire lentement, la tension du fil du dessus doit compenser le poids de l’objet pesant et la force exercée par la main. Le fil du dessous, en revanche, n’est soumis qu’à la force exercée par la main. Si l’on tire suffisamment fort c’est donc le fil supérieur qui casse.

Lorsqu’on tire brusquement sur le fil on impose une force à l’objet lourd qui acquiert ainsi une certaine accélération (principe fondamental de la dynamique). Comme la masse de l’objet est très grande, son accélération a une valeur faible (grande inertie). La force qui accélère l’objet ne tire pas sur le fil du dessus : celui-ci ne subit donc pas une tension suffisante pour qu’il y ait rupture alors que le fil du dessous se déchire déjà. Lorsqu’on tire brusquement, c’est donc le fil du dessous qui se casse.

 

Remarques

Autres expériences analogues sur ce thème : expérience « Des languettes de papier qui résistent » et expérience de mécanique des gaz « Un journal vraiment très lourd ».

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