Vibrer pour Laplace*
par Claude PIROTTE Lycée Chanzy, 08000 Charleville-Mézières
D’accord pour ne pas détruire les haut-parleurs !
D’accord pour admettre que l’on n’obtient qu’un ordre de grandeur du champ magnétique !
Mais, il n’y a là qu’un prétexte à calculs pour tirer le meilleur parti d’une expérience. II vaut bien certains énoncés torturés d’exer- cices.
II faut aussi et surtout, y voir possibilité de faire manipuler les élèves.
A défaut de trouver dans les catalogues le matériel adapté, à un prix abordable pour le laboratoire d’un petit lycée non polyvalent, faut-il renoncer et trouver un autre montage ou se débrouiller avec celui-là ?
Voici ma version du T.P., moins «sauvage», moins destructrice à ce qu’il me semble que la proposition initiale : je ne lacère pas la membrane et conserve le haut-parleur en état de servir.
La baguette que j’utilise est une «paille» pour boire. «L’utile»
évoque ici «l’agréable». L’une des extrémités comporte un soufflet qui permet de réaliser une articulation Cette extrémité, collée à l’araldite sur la membrane du haut-parleur, accompagne l’équipage mobile dans son mouvement (figure 1). Le reste de la paille s’appuie sur le bord rigide du saladier où l’on peut d’ailleurs coller un couteau (fragment de lame de rasoir par exemple) en forme de V sur lequel elle pivote comme le fléau d’une balance.
* Sutr à I’arhcle de Jean RENAUDIER paru dans la B.U.P. ne 729 de décembre 1990, page 137 1, évoquant les difficulté\ de réalisation d’une proposition de travaux pratiques sur la loi de Laplace.
Vol. X5 Mai 1991
Figure 1
Pour allonger cette paille, en «sacrifier» une seconde en éliminant le soufflet.
Faire dans la chute un manchon ouvert sur toute sa longueur.
Y enfiler les deux tiges pour obtenir une rallonge comme il apparaît sur la figure 2.
Figure 2
Couper en biseau l’extrémité placée devant la règle graduée pour faciliter la lecture.
Un paquet entier de 50 chalumeaux flexibles de diamètre 50 mm pour une longueur de 240 mm coûte environ 6 F. Si l’on a les moyens, la légèreté et la rigidité de ceux-ci permet d’ajouter jusqu’à deux rallonges pour augmenter l’amplitude. L’on peut ainsi atteindre 5 à
10 mm voire davantage moyennant quelques précautions d’utilisation.
Tout incident est facilement réparable.
D’accord avec l’auteur pour présenter la manipulation à l’envers ! Les élèves ont connecté le haut-parleur ainsi équipé au générateur de basses fréquences fonctionnant en alternatif sinusoïdal. C’est l’occasion d’un premier rappel sur l’utilisation de cet appareil qui resservira souvent.
B.U.P. ni 734
A ta fréquence 1 Hz puis à 10 Hz, suivre des yeux le mouvement de ta membrane transmis à ta baguette et amplifié. Prêter l’oreille ! Rien... augmenter ta fréquence, percevoir un son, remarquer l’inertie de ta baguette, tes limites audibles, tes effets de modulation produits en tournant rapidement te Vernier de fréquence... Les élèves ne s’en lassent pas. Vos oreilles ? Si !
Pour conclure et revenir rapidement à Laplace en arrêtant te jeu, couper ta ligne d’alimentation des prises secteur des générateurs des élèves.
Deuxième étape !
Des haut-parleurs ont été détruits pour compter à la loupe le nombre de spires des bobines et mesurer au pied à coulisse leur diamètre.
Comme l’auteur te souligne, pas facile de récupérer une dizaine de haut-parleurs identiques !
La principale source étant constituée par des appareils de radio ou de tt;lt5 ihion. les modèles identiques sont essentiellement des modèles
in\ c’rks permettant un encombrement réduit. La culasse magnétique se ptacc 2 I’intirieur du cône de ta membrane comme le montre la figure 3.
Figure 3
Pour y déposer tes masses marquées, découper dans un bristol un plateau léger que l’on disposera sur un manchon cylindrique réalisé par cottage avec te même matériau. Le manchon s’appuie sur ta membrane
lran4 frotter contre ta culasse si son diamètre est un peu plus grand que te diamètre de cette-ci (figure 4). Le tout doit être en place à l’instant
du repérage de ta position de zéro.
Les bobines ont supporté sans défaillir des intensités de 300 à 600 mA nécessaires pour des surcharges de 30 à X0 g. Le haut-parleur est alimenté par un générateur continu de 7,5 V en série avec un
Vol. X5 Mal 199 I
ampèremètre et un rhéostat de 22 R qui permet de revenir rapidement à la position initiale dès que la surcharge est en place (figure 5). Pour épargner la bobine, le circuit est ouvert aussitôt la lecture de l’intensité sur l’ampèremètre. Surtout, comme dans l’utilisation de la balance de Cotton, ne pas tenter d’ajuster la masse après avoir fixé la valeur de l’intensité dans la bobine. La pauvre n’y survivrait probablement pas.
Figure 5
Quatre ou cinq points relevés s’alignent assez bien sur le graphique m en fonction de 1 d’où le coefficient directeur m/I et la suite du calcul de B (critiquable si B n’est pas uniforme !).
Rien n’aurait été possible pour nous sans la collaboration efficace et dévouée de M. Jean-Claude HENRIET, notre aide de laboratoire .
En complément de ces résultats, les élèves peuvent voir fonctionner une version «laser» de l’expérience que j’ai personnalisée en collant le côté d’un morceau de miroir sur le bord du cône de la membrane qui l’entraîne dans son mouvement (figure 6). L’autre côté du miroir s’appuie sur l’arête rigide du saladier. Le miroir pivote donc sur cette arête et le spot fourni par le faisceau sur le mur peut balayer 1 m sans pour cela que l’intensité parvienne à des valeurs prohibitives.
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Figure 6
Ce raffinement permet de relever une série de points rapidement avec une précision supérieure mais la manipulation par les élèves reste irremplaçable.
C’est la raison pour laquelle je m’associe à notre collègue pour oser quelques critiques.
Pour parvenir à ce que les élèves manipulent réellement et efficacement partout, il est indispensable de limiter, au moins dans un premier temps, les ambitions à quelques T.P. judicieusement choisis qui fourniraient d’excellents thèmes aux exercices à caractère expérimental du bac.
Pour que tous les établissements puissent réaliser ceux-ci dans les mêmes conditions, une dotation sérieure s’impose, identique pour tous, de matériel adapté.
Ne pourrions-nous pas nous mobiliser sur cette simple exigence qui assurerait un quotidien raisonnable pour tous ?
Vol. 85 Mai 1991
