La physique au petit déjeuner

La physique au
petit déjeuner
Héléna LACROIX
Marion DERIOT
Sous la direction de Hervé IDDA
Lycée Gustave Eiffel
Dijon
Académie de Dijon
2007 - 2008
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Sommaire
Introduction
I. Mise en place de l’expérience sur les tourbillons
1. Vous préférez cacao ou noix de coco ?!
2. Le travail en volume
3. Mise en mouvement de l’objet et enregistrement
4. Constatations
II. Mesures et exploitation
1. Technique de mesure
2. Les résultats expérimentaux
3. Interprétation des résultats
4. Petit point « d’histoire »
III. Vérification de nos mesures
1. Les nombres de Reynolds et de Strouhal
2. Mesure de la densité
3. Mesure de la viscosité h
IV. Applications
1. Aussi dans la nature
2. Résonance d’un fil
3. L’incroyable histoire du pont de Tacoma
Bibliographie

Introduction
Au petit déjeuner tout le monde a déjà eu l’occasion de tourner une centaine de fois sa cuillère
dans sa tasse, pourtant on ne prête jamais attention aux tourbillons qui se forment alors derrière
notre cuillère !
C’est le début d’une aventure au cours de laquelle nous mettrons en place un protocole
expérimental permettant d’analyser ces fameux tourbillons.
Par la suite, la lecture de thèses de recherche nous permettra de mieux comprendre et de
confirmer nos résultats à l’aide de quelques expériences supplémentaires.
Pour finir, nous avons découvert quelques applications inattendues de ces phénomènes. Mais
pour toutes les découvrir, il faut patienter encore un peu . . .
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I. Mise en place de l’expérience sur les tourbillons
1. Vous préférez cacao ou noix de coco ?!
Pour mettre en place notre expérience et reproduire ces tourbillons observés dans la tasse du petit
déjeuner il a d’abord fallu trouver une poudre permettant la reproduction des tourbillons de façon
relativement précise, nous avons donc essayé plusieurs substances :
Poudre de cacao
Poudre de liège
Nous sommes passés par le cacao, la
poudre de noix de coco, ainsi que le liège
et bien d’autres ! Or, à
chaque fois deux problèmes se sont posés
:
- la présence de grumeaux empêchant la
représentation des tourbillons
- le sillage avec la formation d’une vague
devant l’obstacle
Formation et propagation de la vague
lors d’un essai avec de la poudre de
craie
(Vue de dessus ; images obtenues par
rétro projection sur un tableau)
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Toutefois un essai avec la poudre d’aluminium a retenu notre attention puisque cette poudre fine
avait une bonne dispersion, mais un autre problème s’est posé :
- Les particules ne restaient pas en suspension et se déposaient au fond de la cuve
De plus, le problème de la vague n’était pas réglé.
Poudre d’aluminium (vue de dessus)
Et c’est en pratiquant plusieurs essais avec cette poudre que nous est venue l’idée de la vision en
volume.
2. Le travail en volume
En effet, au cours des tests avec la poudre d’aluminium, on a pu observer des tourbillons se
former dans tout le volume de notre récipient.
Nos problèmes de grumeaux et de vague sont ainsi résolus, mais, à peine un problème est résolu
qu’un autre se pose !
Comment observer les tourbillons dans un seul plan et pas dans tout le volume ?
Le laser s’est vite imposé comme la bonne solution, mais il nous le fallait en plan. C’est avec une
tige en verre accrochée devant le faisceau que nous avons obtenu la dispersion de la lumière en
un plan rectiligne.
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