12.07.2018

Savoir

Expérience sur le frottement d'une corde

Etes-vous à la recherche d'une bonne expérience sur les frottements et la mécanique ? Et voilà: les Olympiades de Physique vous offrent à cet effet l'expérience « frottement d'une corde ». A l'issue de celle-ci, vos élèves comprendront comment une simple corde peut permettre d'arrimer un bateau entier. Et pourquoi un câble de frein rouillé est une chose plutôt pénible.

Photo: Chris Lawton, unsplash.com

Comment l'expérience est-elle construite ?

Vos élèves analysent le frottement entre une corde et un barreau. L'expérience comporte trois exercices :

  1. Détermination des forces lors d'un frottement statique maximal, détermination du coefficient de frottement statique.
  2. Détermination des forces lors d'un frottement cinétique, détermination du coefficient de frottement cinétique.
  3. Détermination des forces lors d'un frottement cinétique en fonction de l'angle d'enroulement et du coefficient de frottement cinétique.

 

Qu'apprennent mes élèves ?

  • Ils se confrontent à la loi d'Euler-Eytelwein et la comprennent.
  • Ils peuvent expliquer pourquoi quelques tours de corde autour d'une bitte d'amarrage suffisent à amarrer un lourd bateau.
  • Ils apprennent à monter, exécuter et évaluer une expérience de physique.

 

Vous pouvez motiver vos élèves à tenter cette expérience, car

  • elle est surprenante ;
  • elle explique un phénomène de tous les jours ;
  • elle permet de déduire une loi physique générale à partir de moyens très simples.

 

De quoi a-t-on besoin pour cette expérience ?

  • Ficelle
  • 2 dynamomètres à ressort (domaines de mesure 0 – 3 N, 0 – 10 N)

Attention : selon l'orientation des dynamomètres lors de leur utilisation (verticalement contre le haut, verticalement contre le bas, horizontalement), leur échelle doit être mise à 0 au moyen de leur vis de réglage.

  • Matériel de fixation : étau de table, tige de statif, noix de serrage, tige de mesure de frottement
  • Papier pour graphiques
  • Seau, récipient rempli d'eau, balance
  • Set de poids
  • Papier absorbant

 

A qui s'adresse l'expérience ?

Idéalement aux classes situées à deux ans de la maturité. Les élèves devraient connaître la fonction exponentielle. Des élèves plus jeunes peuvent par contre déjà explorer le phénomène en lui-même.

 

Combien de temps dure l'expérience ?

Environ 150 minutes. Mais il faudra probablement compter plus de temps pour une solution exhaustive.

 

 

 

Pour étoffer l'expérience...

  • Tester plusieurs diamètres de barreau. Le « haha ! » étant que l'effet ne dépend que de l'angle d'enroulement.
  • Discuter d'exemples d'application. Par exemple les câbles de frein de vélo mal huilés ou rouillés. L'effort nécessaire devient vite très grand pour une faible efficacité de freinage.

 

Qui l'a inventée ?

Cette expérience a été élaborée par Markus Meier à partir d'une idée provenant des Olympiades Asiatiques de Physique 2012.

 

Où puis-je trouver les solutions ?

Sur le site internet des Olympiades de Physique: http://swisspho.ch/fr/exams

 

A propos des auteurs

Barbara étudie les mathématiques au niveau Master à l'EPF de Zurich. Elle a participé aux Olympiades Internationales de Physique 2014 au Kazakhstan. Depuis, elle collabore à la traduction et correction des examens auprès des Olympiades de Physique et a déjà également accompagné des équipes suisses à des compétitions internationales.

 

Markus a étudié et passé sa thèse en physique à l'EPF de Zurich. Il collabore aux Olympiades de Physique depuis bientôt dix ans et a accompagné des équipes lors de trois Olympiades Internationales de Physique. Dans le cadre de son travail d'enseignant de physique à l'Alte Kantonsschule d'Aarau, il prépare régulièrement des élèves aux Olympiades. Il prendra sa retraite à l'été 2018.

 

Traduction

Quentin Wenger

 

Lire le texte en italien

 

Autres articles

Faîtière

Géographie

Systèmes d’information géographique – plus que de simples cartes

Plus de 70% de nos décisions quotidiennes sont liées à la notion d’espace. Quel est le moyen le plus rapide pour me rendre à la gare? Où se trouve un supermarché? Des questions qui peuvent toutes être résolues grâce aux systèmes d’information géographique (SIG), une sorte de carte interactive.

Faîtière

Le nouveau quiz pour le début des Olympiades 2021/22

La science ne se fait que dans les laboratoires ? Faux ! Tu peux également observer des phénomènes scientifiques dans la cuisine, la salle de bains ou le supermarché.

Faîtière

Immersion au coeur du 10ème International Swiss Talent Forum

Du 04 au 07 août 2021 dernier, pour la dixième édition de l'International Swiss Talent Forum, des jeunes scientifiques ont conçu des solutions qui touchent à au thème très controversé de la surveillance. Nous nous sommes glissé·e·s dans les coulisses de l’événement.

Faîtière

Biologie

Chimie

Géographie

Informatique

Mathématiques

Physique

Robotique

Fabrique un piège à moustiques

Marre d’entendre siffler les moustiques à tes oreilles la nuit et de devoir leur livrer une chasse impitoyable? Voici un piège tout simple qui te permettra de dormir (un peu) plus tranquille.

L'alphabète inclusif de Tristan Bartolini

Faîtière

Ecrire l'égalité, c'est possible

Les Olympiades de la science recommande l’utilisation du langage inclusif dans toutes les langues nationales. Néanmoins, pour la langue française, de nombreux outils sont à notre disposition. Eclairage.

Linguistik-Olympiade Schweiz

Faîtière

Linguistique

Hättest du es gewusst? Drei Aufgaben und Lösungen der Linguistik-Olympiade

Die Wissenschafts-Olympiaden wachsen! Wir begrüssen die Linguistik-Olympiade als 10. Mitglied in unserem Verband und freuen uns auf die Zusammenarbeit. Finde auch gleich heraus, ob dir dein logisches und mathematisches Denken beim Lösen von Linguistik-Aufgaben hilft.