Expérience : La bouteille-ventilateur

23 octobre 2023 - Yannick Bergeron, chimiste

Fabrique un ventilateur qui tourne seul. Ou presque!

Matériel pour faire l’expérience :

• Une bouteille en plastique avec son bouchon
• Une baguette à brochette en bois
• Une ficelle d’environ 90 cm
• Deux bâtonnets en bois de type popsicle
• De la colle
• Une paire de ciseaux
• Un anneau de plastique
• Une perceuse

Les étapes de préparation

1. Pour fabriquer l’hélice, perce un trou au centre des deux bâtonnets en bois. Le trou doit avoir le même diamètre que celui de la baguette à brochette. Au besoin, demande l’aide d’un adulte.

2. Insère la baguette dans les trous des bâtonnets. Place-les en croix et colle-les à la baguette.

3. Perce un trou au centre du bouchon de la bouteille. Puis un autre trou au fond de la bouteille, et un dernier sur le côté de la bouteille. Ces trous doivent être un peu plus grands que le diamètre de la baguette.

4. Insère la ficelle dans le trou de côté de la bouteille et fais-la ressortir par le goulot.

5. Insère l’extrémité longue de la baguette dans le trou du bouchon. Le dessus du bouchon doit être du côté de l’hélice. Attache ensuite l’extrémité de la ficelle sortant par le goulot au centre de la baguette. Serre fort.

6. Insère la baguette dans la bouteille. Fais-la passer par le trou au fond de la bouteille. Visse le bouchon.

7. Attache l’anneau de plastique à l’extrémité extérieure de la ficelle. Fais tourner la baguette pour enrouler la ficelle autour d’elle.

8. Et maintenant, action! Tiens bien la bouteille d’une main. Avec l’autre main, tire sur la ficelle pour faire tourner l’hélice. Aussitôt la ficelle déroulée, cesse de tirer. Tiens l’anneau mollement. L’hélice continue de tourner et réenroule la ficelle autour d’elle. Quelle force mystérieuse se cache ici?

Que se passe-t-il?

Quand tu tires sur la ficelle, tu exerces une force linéaire sur elle. La ficelle transmet cette force à la baguette. Toutefois, en se déroulant, la ficelle transforme la force linéaire en force de rotation. Celle-ci fait tourner la baguette et l’hélice.

La capacité d’une force linéaire à faire tourner un objet s’appelle le moment. Le moment d’une force dépend de deux facteurs :

– l’intensité de cette force.
– le bras de levier. Dans le cas de la bouteille-ventilateur, c’est la distance entre l’axe de rotation de la baguette et l’endroit où la ficelle applique sa force. Il est indiqué par une flèche rouge sur le schéma.

De même, quand tu ouvres une porte, c’est la distance entre les gonds (axe de rotation) et la poignée sur laquelle tu pousses.

Le rayon de la baguette est seulement d’environ 1 mm, mais la force que tu exerces est grande par rapport à la baguette et l’hélice. Le moment de ta force génère donc une énergie de rotation importante.

Cette énergie est suffisante pour que la baguette et l’hélice continuent à tourner seules quand tu cesses de tourner.

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