Traduit par Maurice Cosandey.
Ces expériences de physique simple ajoutent un surcroît de surprise à vos oeufs en chocolat Kinder Surprise.
La plupart des gens connaissent les fameux oeufs en chocolat Kinder Surprise. Ces oeufs creux contiennent une surprise, qui est un petit jouet caché dans une boîte plastique en forme d’oeuf. Mais rares sont ceux qui savent qu’on peut faire des expériences de physique simple avec ces boîtes une fois vides.
Les expériences présentées ici sont faciles à exécuter, et ne demandent que peu de materiel. Mais leur résultat n’est pas toujours facile à expliquer. Elles peuvent être utilisées par le maître pour des démonstrations ou par les étudiants dans des activités pratiques. Elles conviennent à des enfants dont l’âge peut varier de 7 à 16 ans.
La forme particulière de l’oeuf plastique permet de créer un jouet très connu des enfants, la poupée qui se dresse toute seule.
Poser l’oeuf à plat sur une table. Il se redresse tout seul, car son centre de gravité est abaissé par l’adjonction de l’objet lourd.
On va démontrer ici la relation entre la masse volumique et le maintien en flottaison.
comportements d’oeufs
chargés
Photo Jozef Ondera
L’un des oeufs flotte. Un autre se maintient juste à la surface de l’eau. Le troisième coule. Demander aux élèves d’expliquer la différence de comportement de ces trois oeufs (Figure 3). On peut aussi compliquer le problème en ajoutant une ou plusieurs petites pièces de monnaie dans les oeufs qui n’ont pas coulé et chercher combien en mettre pour les faire couler.
Les élèves découvrent assez vite que les oeufs ont des poids et donc des masses différentes. Mais comme ils ont même volume, leurs masses volumiques different. L’oeuf le plus lourd est celui rempli d’eau salée, et comme sa masse volumique est supérieure à celle de l’eau, il tombe au fond. L’oeuf rempli d’eau pure a presque la même masse volumique que l’eau. Il se maintient donc juste sous la surface de l’eau. La matière plastique dont est fait cet oeuf est assez légère pour le maintenir juste en état de flottaison. Et enfin l’oeuf plein d’air a une masse volumique beaucoup plus faible que l’eau, donc il flotte sur l’eau.
Eveillez la curiosité de vos élèves avec un effet de friction à l’intérieur de l’oeuf.
A faire avant la démonstration en classe :
A faire au moment de la demonstration :
glisse sur le fil vers la bille
de bois. B: L’oeuf est retenu
sur le fil tendu par la bille
d’acier
Photo Jozef Ondera
La tension due au poids de la bille de bois est faible. Il y a peu de frottement entre le fil et le tuyau de la paille pliée (figure 4 B), donc l’oeuf peut glisser le long du fil. Par contre, si on inverse le role des deux billes, la tension créée par le poids de la bille d’acier ou l’écrou est importante. Le fil appuie fortement sur le pli de la paille déformée (figure 4B), et cela augmente les frottements à tel point que l’oeuf ne peut plus se déplacer.
Il est possible d’obtenir un effet analogue en tirant sur les deux extrémités à la main. Aux élèves de découvrir d’autres manières d’atteindre le même résultat.
Comment montrer que l’oeuf en plastique peut ne pas être emporté par un courant d’eau.
L’oeuf flotte sur l’eau au lieu
de tomber hors du tube
Photo Jozef Ondera
Quand on laisse s’écouler l’eau, elle s’écoule autour de l’oeuf, qui reste à la surface pendant cette vidange. Ainsi l’oeuf est entouré d’eau, qui empêche l’air de passer autour de lui. La pression qui règne au-dessus de l’oeuf est inférieure à la pression atmosphérique extérieure. L’oeuf subit une pression vers le haut égale à la différence de pression. L’oeuf se met à flotter, à cause de l’eau qui l’entoure.
Comment montrer que le déplacement du centre de gravité change la position de l’oeuf à l’équilibre.
nouveau modèle (articulé). Le
vert est l’ancien modèle (en
deux parties)
Photo Jozef Ondera
A faire à l’avance :
Au moment de faire l’expérience
l’oeuf plastique dans l’eau
Photo Jozef Ondera
Dans l’air, l’oeuf est en équilibre stable avec la masse de polystyrene dans le bas de l’oeuf. Le centre de gravité est situé sous l’axe de rotation, qui est aussi le passage du fil. Aussi, quand l’oeuf est placé dans sa position hors de l’équilibre, le moment de la force de gravitation par rapport à l’axe remet l’oeuf dans sa position originale.
Quand l’oeuf est dans l’eau, l’eau entre dans l’oeuf, et des bulles d’air s’en échappent. Mais le morceau de polystyrene empêche l’eau de remplir la moitié supérieure de l’oeuf. La moitié inférieure s’alourdit. Et le centre de gravité change de position. L’oeuf se retourne, pour que le centre de gravité soit sous l’axe de rotation.
Est-ce que vos élèves peuvent deviner pourquoi l’oeuf fait des culbutes?
culbutes de l’oeuf Kinder
Photo Jozef Ondera
En secouant et manipulant la boîte noire, les élèves devraient deviner qu’il y a une bille à l’intérieur. En mettant différentes billes dans un oeuf vide, ils devraient en trouver une dont la taille et le poids permette à l’oeuf de faire des culbutes. Cela leur permet d’expliquer le comportement de l’oeuf ainsi chargé.
Quand l’oeuf est placé sur le plan incliné, la bille roule vers la partie arrondie du bas de l’oeuf. Ceci redresse l’oeuf, et même le fait se retourner sur lui-même, comme la pirouette d’un artiste de cirque. La balle enfermée dans le container peut alors se remettre à rouler, ce qui entraîne une nouvelle culbute.
Nous espérons que les informations précédentes vous suggéreront d’autres expériences. Si c’était le cas, nous vous serions gré de nous transmettre vos idées sur la version en ligne de cet article. Est-ce que vos essais ont été probants ? Peut-on les améliorer ?
Cet article est une adaptation d’une publication originale faite dans Physics Education (Onderová & Featonby, 2015).