Expérience : quand l’énergie joue à la balançoire !

21 décembre 2020 - Yannick Bergeron

Une balançoire qui en fait bouger une autre sans la toucher grâce à l’énergie ? Oui ! Voici comment faire.

Il te faut :

Un cintre en métal
Une pince universelle
Une pince coupante
Une règle de 30 cm
Un feutre marqueur noir
Du fil de couture (un mètre)
Des ciseaux
Deux écrous

Coupe le cintre de chaque côté du crochet, avec la pince coupante.
Déplie le cintre. Il doit être le plus droit possible.
Place le « 0 cm » de la règle à une extrémité du cintre déplié. Puis, avec le marqueur, trace sur le cintre les positions indiquées sur le schéma ci-dessous :

Coupe la partie inutile du cintre déplié, au dernier trait de marqueur, avec la pince coupante. Avec la pince universelle, plie le cintre à chaque trait de marqueur pour lui donner la forme montrée par Yannick dans la vidéo.
Attache deux fils de couture aux bases triangulaires du cintre.
Attache un écrou à chaque fil. La distance entre la base triangulaire et l’écrou doit être identique pour les deux fils : 25 cm.
Place le cintre en équilibre, « debout » sur ses extrémités, entre deux tables, deux chaises ou d’autres objets de même hauteur.
Immobilise les deux écrous. Puis, soulève un écrou en gardant le fil tendu d’environ 70°. C’est l’équivalent de l’angle entre les aiguilles d’une horloge quand il est 0 h 12. Lâche-le. Qu’arrive t- il à cet écrou ? Puis au second ? Et à nouveau au premier ?
Génial ! Quand le premier écrou ralentit, le second commence à se balancer ! Puis le second ralentit à son tour et le premier recommence à se balancer. Et ainsi de suite.

Que se passe-t-il ?

En physique, un objet qui se balance au bout d’une corde est un pendule. Lorsque le premier pendule se balance, il fait vibrer le cintre. Ces vibrations sont difficiles à voir à l’oeil nu. Mais elles sont assez fortes pour faire balancer le deuxième pendule, quand le premier ralentit. L’énergie du premier pendule est passée dans le deuxième pendule, par l’intermédiaire des vibrations du cintre.

Une fois que le deuxième pendule se balance, il fait vibrer le cintre à son tour et renvoie de l’énergie au premier pendule comme une balançoire. Les pendules se renvoient ainsi une énergie qui les fait se balancer à tour de rôle. Ils sont devenus des pendules harmoniques forcés.

L’énergie que se renvoient les pendules, c’est celle donnée au premier boulon par la gravité, quand tu l’as soulevé et lâché. Cette énergie de gravité* s’est transformée en énergie de mouvement** quand le boulon est descendu, puis elle est redevenue de l’énergie de gravité quand le boulon est remonté, et ainsi de suite.

L’énergie change de forme et se déplace d’un pendule à l’autre, mais c’est toujours la même quantité d’énergie du départ, conformément à la loi de la conservation de l’énergie.

Le cintre : pont énergétique

Pour vibrer et transférer de l’énergie, le cintre doit toucher le moins possible les supports. Ça réduit au maximum les frottements entre les deux. Et si on fixait le cintre sur les supports pour le garder debout, il ne vibrerait pas.

* Appelée énergie potentielle en physique.

** Appelée énergie cinétique.

Texte et conception des expériences : Yannick Bergeron