Un roulement à billes rudimentaire

Un livre posé sur des billes peut être mis très facilement en mouvement. On montre ainsi que le frottement de roulement est bien plus faible que le frottement de glissement.

Fiche d’accompagnement de l’expérience:
 

Matériel
  • un couvercle de pot de confitures ou une coupelle cylindrique de hauteur inférieure au diamètre des billes

  • des billes en nombre suffisant pour remplir le couvercle du pot de confiture

  • un livre de longueur et de largeur supérieures au double du diamètre du couvercle

  • éventuellement plusieurs crayons de section circulaire et un livre bien lourd

Montage et réalisation

Poser le couvercle d’un pot de confiture à l’envers sur la table .
Le remplir complètement avec une couche de billes.
Poser le livre sur les billes et le faire tourner autour de l’axe de symétrie du couvercle : le livre tourne très facilement lorsqu’on le touche et il continue à tourner si on lui communique une brève impulsion.
Comparer avec ce qui se passe sans les billes : il faut alors exercer une force nettement plus grande pour faire tourner le livre et il ne tourne pratiquement pas après avoir été poussé.

Explications

Lorsque le livre est posé directement sur le couvercle, son mouvement est freiné par des forces de frottement de glissement qui apparaissent sur toute la surface de contact entre le livre et le couvercle.

Si le livre est posé sur les billes, ce sont les frottements de roulement (entre les billes et le fond du pot et entre les billes et le livre) qui freinent le mouvement.

Les frottements de glissement dissipent bien plus d’énergie que les frottements de roulement, ils freinent donc davantage le mouvement.

Remarques

Le dispositif décrit ci-dessus est un modèle de roulement à billes.

Citons également l’expérience classique représentée sur la figure précédente.

Placer des crayons parfaitement cylindriques sur la table et poser un livre dessus.

Il suffit d’une très petite force perpendiculaire aux crayons pour faire avancer le livre sur les crayons.

Si le livre avait été posé directement sur la table, il aurait fallu une force nettement plus grande pour le déplacer.

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