Pression avec un crayon

Tout le monde sait qu’on peut se piquer un doigt avec la pointe d’un crayon bien taillé, mais beaucoup pensent que c’est parce que la force qui apparaît quand on appuie sur le crayon est plus importante sur la pointe qu’à l’autre bout, ce qui est faux. Démonstration avec un ballon de baudruche…

Fiche d’accompagnement de l’expérience:
 

Matériel

un crayon

Montage et réalisation

Un crayon bien taillé permet d’illustrer la façon dont la pression dépend de la surface sur laquelle on exerce une force.

Prenons d’abord un ballon gonflé et posons dessus le bout non taillé du crayon.

Si on appuie sur le crayon, le ballon se creuse mais n’éclate pas.

Plaçons maintenant la mine pointue sur le ballon et appuyons sur le crayon : le ballon ne tarde pas à éclater.

Une autre expérience consiste à tenir le crayon entre le pouce et l’auriculaire d’une main et à resserrer les doigts.

La douleur est bien plus intense sur le doigt qui appuie sur la mine.

Dans les deux expériences la force exercée par le crayon est la même pour chaque extrémité, mais les surfaces sur lesquelles elle s’exerce sont différentes.

La pression est d’autant plus grande que la surface portante est petite, c’est-à-dire du côté de la mine.

C’est la pression, et non pas la force, qui perce le ballon et qui provoque la douleur au niveau du doigt.

Explications

Lorsqu’on serre le crayon entre deux doigts, les forces exercées par le crayon sur ces deux doigts ont la même intensité.

La pointe du crayon a une surface beaucoup plus petite que l’autre extrémité.

Pour une même force la pression est inversement proportionnelle à la surface sur laquelle elle s’exerce.

La pression du crayon sur le doigt est donc beaucoup plus grande du côté de la pointe.

Le doigt étant sensible à la pression et non pas à la force exercée, c’est bien le doigt qui touche la pointe du crayon qui ressent le premier la douleur car c’est celui qui est soumis à la pression la plus grande.

Remarques

On rencontre un problème analogue dans la vie courante avec les chaussures à « talons aiguilles ».

La pression que ces talons exercent sur le sol est si grande qu’elle peut endommager irrémédiablement les sols tendres comme le parquet, le liège, le PVC, les tapis ou les moquettes.

C’est pour cette raison qu’on voit parfois des affiches interdisant de marcher avec des talons aiguilles dans des lieux où les sols sont fragiles.

Autres expériences sur le même sujet : expériences « La pomme du fakir » et « Modèle expérimental de la pression ».

 

Références

Long, D. D. : The physics around you, Wadsworth Publishing Company, Belmont 1988

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