Un œuf obéissant

Ce sont les forces de frottement qui permettent de contrôler la vitesse d’un œuf en plastique glissant le long d’un fil.

Fiche d’accompagnement de l’expérience:
 

Matériel
  • un œuf en plastique genre « Kinder Surprise » (sans le chocolat)

  • un bouchon en liège

  • un fil fin en coton ou en lin (longueur minimale : 1 m)

  • accessoires : une pince, un clou et un bec bunsen ou bien une perceuse

Montage et réalisation

Chauffer au rouge un clou dans la flamme d’un bec bunsen et s’en servir pour percer un trou au milieu de chaque moitié d’un œuf en plastique.

Raccourcir un bouchon de liège pour qu’il puisse loger transversalement dans l’œuf.

Passer le fil dans les trous de l’œuf puis placer le bouchon et refermer l’œuf (voir la figure ci-dessous).

Tendre le fil verticalement entre les deux mains (voir figure ci-dessous).

L’œuf s’immobilise lorsque la tension du fil est grande et il descend rapidement si le fil n’est plus tendu.

C’est la tension du fil qui permet de contrôler la vitesse de l’œuf.

Il est très difficile pour un spectateur de distinguer la tension imprimée au fil : on peut en profiter pour prétendre commander l’œuf de la voix.

Explications

La force de frottement entre deux surfaces est proportionnelle à la force avec laquelle on les appuie l’une contre l’autre. Les valeurs des forces exercées par le fil sur le bouchon ou sur les bords des trous sont proportionnelles à la tension du fil imposée par l’opérateur. Les forces de frottement entre le fil et l’œuf sont donc proportionnelles à la tension du fil et il suffit de modifier la force avec laquelle on tire sur le fil pour contrôler les forces de frottement sur l’œuf.

Si l’œuf glisse on a :

( : valeur de la force de frottement de glissement dynamique ; P : valeur du poids de l’œuf).
La force résultante qui s’exerce sur l’œuf et qui l’accélère vers le bas a pour valeur :

Si
,
l’œuf est immobile.
Il commence à glisser si

( :valeur de la force de frottement statique).

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