Pomme, pomme, pomme, pomme!

Bonjour à tous !

C’est parti pour une nouvelle année pour le blog des Soucoupes ! Comme chaque année vous allez pouvoir découvrir de nouveaux ateliers et de nouvelles expériences à réaliser au centre de loisirs, en classe et même à la maison. On commence sur les chapeaux de roue avec un atelier intitulé « Pomme, pomme, pomme, pomme ».

Atelier novembre 2013 - La gravité par Soucoupes158

Nous allons nous intéresser à un célèbre scientifique nommé Sir Isaac Newton qui selon la légende aurait imaginé les lois universelles de la gravitation après une rencontre fortuite avec une pomme lui étant tombée sur la tête.

Nous avons commencé la séance en nous intéressant d’un peu plus près à Newton. Il est né en 1642 et est mort en 1727. A l’époque les scientifiques travaillaient dans de nombreux domaines, Newton était à la fois philosophe, mathématicien, physicien, astronome, théologien et même alchimiste !

Il a participé à de nombreuses découvertes dont voici une liste non exhaustive :

• Des découvertes dans le domaine de  la mécanique
• Des découvertes dans le domaine de  la décomposition de la lumière par un prisme. C’est donc lui qui a permis de comprendre comment se forme un arc-en-ciel !
• Il a inventé un type de télescope
• Les 3 lois universelles du mouvement
• Il a participé à la découverte du calcul infinitésimal avec Leibniz (différentielle et intégrale)
• Il a fait des recherches en théologie et en alchimie
• Il a écrit les lois universelles de la gravitation

La légende raconte qu’il a commencé à réfléchir à la gravité en voyant, un jour, une pomme tomber (ou, comme aime le raconter Goscinny dans les Dingodossier, en se la prenant sur la tête au cours d’une sieste).  Voyant cette pomme tomber, il se posa la question « Si la pomme tombe de l’arbre, pourquoi la lune ne tombe-t-elle pas elle aussi ». Cette question fut le point de départ de ces recherches et découvertes autours de la gravité.

Une légende reste une légende, une chose est sûre : il a commencé à développer cette hypothèse et de nombreuse autre en retournant dans sa région natale afin de fuir la peste.

Après nous être intéressés à Newton, nous nous sommes posés quelques questions : « C’est quoi le poids ? La gravité ? L’équilibre ? ». 

Après avoir écouté toutes les hypothèses des plus romanesques au plus pragmatiques nous sommes entrés dans le vif du sujet à l’aide de 4 activités, que je vais détailler ci-dessous :

• Combien pèses-tu sur la lune ?
• Chute pas si libre que ça !
• L’équilibriste
• Le mobile

I. Combien pèses-tu sur la lune ?

Dans la vie de tous les jours nous ne faisons pas la distinction entre le poids et la masse. Ils sont liés mais ce n’est pas la même chose !

Dans l’univers, tout s’attire, c’est ce que l’on appelle la force gravitationnelle.  En ce moment même vous êtes attirés par votre écran, votre souris, votre clavier, votre bureau,…. Et ces derniers sont attirés par vous. Ces forces étant vraiment très faibles, nous ne nous en rendons même pas compte !

C’est la même chose entre la planète Terre et vous : la Terre est attirée par vous et vous êtes attiré par la Terre. Cependant la terre étant beaucoup plus grosse que vous, sa force d’attraction est beaucoup plus forte. Pour s’en rendre compte c’est très simple. Il suffit de vous mettre debout et de sauter. Si vous vous envolez, la terre ne vous attire pas. Si la terre vient directement se coller sous vos pieds, vous attirez la terre plus qu’elle ne vous attire. Si vous retombez sur vos pieds (ce qui a de très forte chance d’arriver) C’est que la terre vous attire beaucoup plus que vous l’attirez !

La force d’attraction/gravitationnelle de la Terre se nomme « poids » et s’exprime en Newton (N). Vous ne pesez donc pas … Kg mais votre masse est de … Kg !

Cependant la masse et le poids sont tout de même étroitement liés ! Pour s’en rendre compte, il suffit de calculer notre poids. C’est très simple, il suffit d’utiliser cette formule :  

Le poids (P en N) est égal à la masse (m en Kg) multipliée par l’accélération (g en m.s^-2)

P = m X g

Sur la terre g = 9.81 m.s^-2

Par exemple si ma masse est 75Kg mon poids, sur Terre, est de 75 X 9.81 ≈ 736N

Mais alors si notre poids dépend de la Terre, cela veut dire qu’il ne sera pas le même sur la lune ! On peut donc s’amuser à calculer son poids sur d’autres planètes et puis le convertir en « masse équivalente sur la Terre » afin de nous rendre compte si nous nous sentirions léger comme une plume ou lourd comme du plomb !

Essayons de calculer notre poids sur la lune. La constante gravitationnelle de la lune est  g= 1.62 m.s^-2

Donc, sur la lune et toujours si je pèse 75Kg, mon poids sera de 75 X 1.42 ≈ 121.5N alors que ma masse est toujours de 75Kg !

Difficile de voir à quoi cela correspond !

Essayons de voir à quoi correspond un poids de 121.5N sur  Terre. Pour cela utilisons la formule suivante :

Un poids de 121.5N correspond à une masse de 121.5/9.81 ≈ 12.4Kg sur Terre.

Si je vais sur la lune, J’aurai donc l’IMPRESSION d’avoir une masse de 12 Kg. Ce qui explique les grands bons des astronautes !!!

On peut continuer en essayant de refaire les calculs sur d’autres planètes :

·         Mercure => g= 3.70 m.s^-2

·         Vénus => g= 8.88 m.s^-2

·         Mars => g= 3.68 m.s^-2

·         Jupiter => g= 23.16 m.s^-2

·         Saturne => g= 10.42 m.s^-2

·         Uranus => g= 8.71 m.s^-2

·         Neptune => g=11.02 m.s^-2

·         Pluton => g= 0.64 m.s^-2

·         Soleil => g= 265.3 m.s^-2

·         Naine Blanche => g= 12740000 m.s^-2

II. Chute pas si libre que ça !

Maintenant que nous avons compris la différence entre le poids et la masse, nous nous sommes penchés sur  la chute des objets. 

Pour cela nous avons fait une expérience !

Dans un premier temps nous avons lâché un livre et une feuille en même temps. D’après vous qui est tombé en premier ?

Lors de cette première expérience, c’est le livre qui a touché le sol en premier.

Dans un second temps, nous avons lâché le même livre et la même feuille à une différence près, nous avons froissé la feuille au préalable. D’après vous le livre va-t-il toujours toucher le sol en premier ?

La réponse est non. Cette fois ci le livre et la feuille touchent le sol exactement au même moment.

Nous pouvons donc en conclure que le poids (et donc la masse) d’un objet n’ont aucune influence sur la vitesse de la chute. Seule la forme de l’objet est importante.

Dans l’expérience N°1, l’air ralenti la feuille c’est ce que l’on appelle les forces de frottements. Si vous avez déjà passé la main par la fenêtre de la voiture (Attention cela peut être dangereux !) Vous avez déjà ressenti les forces de frottement ! C’est l’air qui pousse votre main vers l’arrière de la voiture !)

Si l’on diminue les forces de frottements (en froissant la feuille par exemple) les deux objets tombent à la même vitesse.

Dans l’atmosphère, remplie d’air, il existera toujours des forces de frottement. C’est pour cela qu’un parachutiste ne pourra pas tomber à plus de 300Km.h^-1

Cependant, si l’on met de côté les forces de frottement, la vitesse de chute d’un objet ne dépend que du temps de chute.

On a pu s’en rendre compte dernièrement en voyant Félix Baumgartner  sauter depuis la stratosphère. Il a réussi à dépasser le mur du son  (1224 Km.h^-1) car dans la stratosphère il y a beaucoup moins d’air que dans l’atmosphère !

Et donc s’il avait libéré un sac de plume en sautant les plumes seraient tombées aussi vite que lui sur la première partie de sa chute. Arrivée dans l’atmosphère les plumes auraient été ralenties par les forces de frottements et donc Félix B. aurait forcément gagné la course. Dommage qu’il n’y ait pas pensé !!!

III. L'équilibre

Nous nous sommes ensuite intéressés à la gravité !

Pour comprendre ce qu’il se cache derrière la gravité nous avons commencé par relever un défi :

Faire tenir sur un doigt, un cure-dent planté dans un bouchon en liège.

Pour cela nous avons utilisé :

• Deux pics à brochette
• Un cure-dent
• Une boule de pâte à modeler
• Un bouchon en liège

Besoin d’aide ? Voici les étapes de construction de l’équilibriste

• Personnalise ton bouchon

• Coupe le cure-dents en 2 et plante une  des moitiés sous le bouchon.

• Essaie de le faire tenir au bout de ton doigt ? Tient-il en équilibre ?

• Fabrique 2 boules de pâte à modeler et fixe-les aux extrémités des pics à brochette.
• Plante un pic à brochette de chaque côté du bouchon de liège
• Pose l’équilibriste sur le bout de ton doigt : tient-il en équilibre ?

Pour bien appréhender l’équilibre nous nous sommes ensuite attelés à la construction d’un mobile !

Pour cela rien de plus simple, il suffit de prend un pic à brochette et d’y attacher 3 morceaux de corde (un au milieu et un à chaque bord). Ensuite nous avons choisi 2 objets pour notre mobile (boule de liège, poisson en plastique, balle de ping-pong, coquille d’escargot,…) et nous les avons accrochés aux ficelles se trouvant aux extrémités.

Pour finir, il suffit de déplacer la ficelle centrale afin de trouver le bon équilibre. Si le mobile penche vers le bas à droite déplace ta ficelle centrale à droite. S’il penche vers le bas à gauche déplace ta ficelle centrale vers la gauche.

Si, en ne tenant que la ficelle centrale par le bout, ton pic à brochette est horizontal : Tu as trouvé l’équilibre !

Mais c’est quoi l’équilibre ?

L’équilibre est en lien direct avec le centre de gravité. Le centre de gravité d’un Homme se situe généralement à “l’intérieur du ventre”, au niveau du nombril, lorsqu’il se tient droit et debout.

Dans l’exemple du mobile, le centre de gravité du mobile se situe à l’endroit où est nouée la ficelle centrale.

Un autre exemple. Nous nous sommes tous amusés à essayer de faire tenir notre règle sur le bout du doigt. Lorsque l’on y arrive, notre doigt se situe sur le centre de gravité de la règle !

Afin de rester en équilibre, un équilibriste doit toujours garder son centre de gravité aligné avec le fil.

Plus le centre d’un objet est bas, plus il va facilement tenir en équilibre.

Lorsque tu ajoutes les “bras” à ton équilibriste, tu fais descendre de façon importante son centre de gravité qui se trouvera en dessous de ton doigt... et lui permettra d’avoir un équilibre très important !

L’équilibriste travaille souvent avec une perche très lourde dans les mains. Cette perche est fléchie à ses extrémités et permet de baisser le centre de gravité du funambule. Cependant, même avec une perche, la traversée d’un fil tendu est une prouesse artistique  et technique difficile à réaliser.

Tu peux aussi remarquer que les skateurs et les snowboardeurs ont souvent les genoux fléchis ; cette position leur permet d’abaisser leurs centres de gravité afin d’avoir un meilleur équilibre.

Selon la manière dont on pose les objets, ils sont en équilibre ou non. Par exemple, un cône posé sur sa pointe (A) n’est pas stable, par contre sur sa base (B) il l’est.

Equilibre stable

L’objet reste en équilibre même si on l’écarte légèrement de sa position. Par exemple, pour le cône posé sur sa base (B), l’équilibre est stable car même si on le bouge il ne tombera pas.

Equilibre instable

L’objet tient. Si on l’écarte un tout petit peu de sa position, il tombe. Par exemple, si l’on arrive à faire tenir un cône sur sa pointe (A), il suffira de le bouger légèrement pour le faire tomber.

Equilibre indifférent

L’objet est en équilibre. Si on l’écarte de sa position, il acquiert une nouvelle position et un nouvel équilibre. Par exemple, si l’on pose un cône sur son coté (C), en le poussant, il roulera jusqu’à trouver un nouvel équilibre.

Voici quelques autres défis en lien avec l’équilibre.

Essaye de les réaliser à l’aide d’un adulte !

Lexique

La gravité

Tous les objets (téléphone, vaches, Homme, arbre, planète,...) s’attirent les uns vers les autres. C’est ce que l’on appelle la gravitation. La gravité est un cas particulier de la gravitation, c’est l’attraction d’une planète sur quelqu’un ou quelque chose. En ce moment même, ton corps est attiré par la Terre et ton corps attire la Terre !

Centre de gravité

Il représente le point d’application de l’ensemble des forces de gravité s’exerçant sur un corps. Ton centre de gravité se trouve dans ton ventre au niveau de ton nombril.

Perche

C’est le bâton que prennent certains funambules pour marcher sur un fil.

Funambule

C’est un artiste de cirque se déplaçant sur un fil. On l’appelle aussi équilibriste.

Fléchir

Plier, courber

Pour finir en poésie, deux petites citations :

" Ce n'est pas parce que la gravité existe que nous tombons amoureux "

« La vie, c’est comme une bicyclette, il faut avancer pour ne pas perdre l’équilibre. » Einstein

Si tu réussi à faire des équilibristes et des mobiles originaux n’hésite pas à nous les envoyer à accuei@ccsti-larotonde.com nous mettrons les plus surprenants sur le blog !

A bientôt pour de nouvelles expériences ! Le mois prochain : Electricité + engrenages + robots !

Kévin, l’animateur.