TAURIN Antoine - Lycée Dumont d`Urville

TAURIN Antoine
RAKOTOMAMONJY Mathieu
1er S2
Projet : Portes ouvertes de Dumont d’Urville
Sujet : La force de Laplace
Introduction :
La différence de vitesse de la chute entre un aimant et un autre objet
quelconque à l’intérieur du tube de cuivre n’est due que par la présence de la force de
Laplace lorsque l’aimant entre dans le tube.
I. La force de Laplace :
La force de Laplace est une force
électromagnétique qui se produit grâce à la présence
d’un champ magnétique et d’un courant. Lorsque ces
deux facteurs vont entrer en contact et interagir l’un
avec l’autre (de façon perpendiculaire) une force va se
créer. La loi de la main droite nous permet de mieux
comprendre ceci. La flèche I représente le sens du
courant induit, la flèche B celui du champ magnétique,
et celle FM le sens de la force produite.
Loi de la main droite
II. L’expérience :
1) La raison de l’usage des matériels choisis :
Les deux matériaux utilisés lors de l’expérience
ont chacun un rôle particulier afin que l’expérience soit
une réussite. Le tube a été choisi en cuivre car la force
de Laplace est une force électromagnétique qui ne
s’applique seulement que sur un matériau conducteur
comme le cuivre (car un courant doit circuler dans le
Visualisation du champ magnétique d’un
aimant droit :
tube d’où l’utilisation d’un conducteur). De plus celui-ci n’est pas aimanté de base.
En ce qui concerne l’aimant, celui-ci a été désigné car c’est le seul objet qui peut
développer un champ magnétique permanent naturellement. En effet c’est un objet
fabriqué dans un matériau magnétique dur qui peut donc ainsi exercer une force sur tout
type d’objet magnétique ou aimanté. De plus l’aimant est un dipôle (c'est-à-dire qu’il
possède deux pôles : Nord et Sud) qui sont inséparables étant donné qu’ils s’attirent.
2) Explication de l’expérience :
L’étude de l’expérience consiste à comprendre pourquoi l’aimant, contrairement à
une bille de métal, flotte telle une fleur et ne tombe pas à une vitesse normale dans le
tube. Tout cela s’explique par la création d’une force électromagnétique grâce à l’aimant.
En effet la présence d’un champ magnétique et du passage d’un courant va permettre à
la force de Laplace d’apparaître. Le champ magnétique lui provient de l’aimant (qui en
possède déjà un), le courant lui est crée car, selon la loi de Faraday, lorsque toute
matière conductrice est soumise à un champ magnétique un courant est produit. Ce sont
les interactions entre le courant et le champ magnétique qui vont créer une force qui va
s’opposer à la chute de l’aimant.
Les courants induits ou courant de Foucault formés
(les flèches rouges sur le schéma) vont s’opposer aux flux
magnétique de l’aimant (les flèches noires sortant et
entrant dans l’aimant). La forme du tube est un des
facteurs qui donnent au courant sa forme sphérique,
cependant le champ électromoteur est aussi un des points
qui permet d’expliquer ceci. (C’est-à-dire la façon dont se
produit l’électricité, ici avec la Loi de Faraday citée
précédemment).
Ces courants induits seront comparables à deux autres
aimants de part et d’autres de l’aimant central. La
différence c’est que « l’aimant » du dessous aura un
pôle semblable (dans l’exemple ici deux pôle Nord) à celui de l’aimant central, il le
repoussera donc vers le haut (car deux pôles identiques se
repoussent). Alors que « l’aimant » du dessus aura un pôle
Schéma de l’expérience
opposé, il l’attirera donc vers le haut (car deux pôles opposés s’attirent). Ces forces
créées sont la force de Laplace (représenté ici par les deux flèches f). Et si au
contraire nous faisons rentrer l’aimant par le pôle Sud, celui-ci va se retourner afin de
se retrouver avec le pôle Nord vers les bas.
Les deux flèches v montrent le sens du mouvement. Ce sont en fait les vecteurs
vitesses. Elles nous montrent la 2nd force qui est exercée sur l’aimant et qui la fait
chuter. Cette force est plus grande que la force de Laplace ce qui explique pourquoi
l’aimant ne s’arrête pas. (Cependant si le magnétisme de l’aimant est trop fort, la force
de Laplace sera plus grande que la force qui fait chuter l’aimant donc celui-ci
s’arrêtera).
III.
Conclusion :
La chute d’un aimant est ralentie dans un tube de cuivre car une force créée par le
courant induit va pousser l’aimant vers le haut lorsque celui-ci va entrer dans le tube