Une bougie à bascule

Une bougie mobile autour d’un axe horizontal et qui brûle par les deux bouts se met à basculer, illustrant ainsi l’influence de la position du centre de gravité dans le moment du poids.

Fiche d’accompagnement de l’expérience:
 

Matériel
  • une bougie longue et étroite

  • une aiguille à tricoter, un long clou ou du fil métallique épais

  • 2 verres, 2 cales de bois ou 2 canettes identiques de hauteur supérieure à la demi longueur de la bougie

  • un support résistant à la chaleur pour récupérer la cire en fusion (plaque de métal ou sous-tasse)

Montage et réalisation

Prendrer une bougie longue et étroite et dégager la mèche à chaque bout, sur un centimètre environ.

Marquer son milieu et y enfonçer une tige métallique préalablement chauffée.

La tige est ensuite fixée avec un peu de cire qui, en refroidissant, la collera à la bougie.

La bougie est ensuite posée sur deux boîtes de soda vides, de manière à pouvoir tourner librement autour de la tige.

Il faut que les supports soient suffisamment hauts car la bougie peut faire un tour complet autour de son axe de rotation (l’aiguille) et il ne faut pas qu’elle puisse rester collée par la cire qui a coulé sur le support. Pour équilibrer la bougie au début on peut être amené à enlever un peu de cire d’un côté.

Sa position initiale doit être horizontale.

Allumer les mèches des deux côtés de la bougie et incliner la bougie quelques secondes avant de la lâcher.

En coulant du côté le plus bas, la cire allège celui-ci et la bougie bascule de l’autre côté.

Puis le phénomène se répète et la bougie revient à sa première position.

La bougie est ainsi animée d’oscillations entretenues, qui ne cessent que lorsqu’elle est entièrement consumée ou lorsqu’on éteint les deux flammes.

Explications

La bougie possède un axe de rotation horizontal qui est l’aiguille à tricoter.

Si les deux moitiés de bougie se trouvant de chaque côté de l’aiguille ont la même longueur, la bougie est équilibrée car son centre de gravité est sur l’axe et elle reste horizontale. Lorsque les deux côtés n’ont pas la même longueur, le centre de gravité se trouve du côté le plus long, le moment du poids fait donc pencher la bougie du côté le plus long.

Lorsqu’on incline la bougie initialement, on provoque une fusion plus importante de la cire du côté le plus bas. Ce côté se raccourcit, le centre d’inertie de la bougie se déplace de l’autre côté, la bougie bascule donc lorsqu’on la lâche.

La situation s’inverse ensuite puisque le côté le plus bas se raccourcit à son tour, déplaçant de nouveau le centre d’inertie de l’autre côté de l’axe et entraînant quelques instants plus tard un nouveau basculement de la bougie. La bougie continue à basculer tant qu’il y a de la cire.

Remarques

Ne pas oublier de placer un récipient sous la bougie pour récupérer la cire qui coule.

Pour réussir cette expérience il faut bien choisir la bougie.

Il faut une bougie cylindrique, ne pas utiliser de bougie conique. Les bougies dites « de sécurité » qui s’éteignent lorsque la bougie est presque entièrement consumée ne conviennent pas non plus car on ne peut pas allumer la mèche du côté inférieur de la bougie.

Les bougies qui ne coulent pas ne conviennent pas non plus car elles sont recouvertes d’une enveloppe de cire de température de fusion plus élevée qui empêche la cire en fusion de couler vers l’extérieur en fonctionnement normal. Lorsqu’une telle bougie brûle en position horizontale, il se forme une excroissance de cire le long de laquelle la cire en fusion n’arrive plus à s’écouler au bout de quelque temps, perturbant de ce fait la suite des basculements.

 

Références

Université en ligne : référentiel barycentrique

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