Réalisation d'un surprenant mobile-équilibriste

Ce qu'il te faut...
- 3 piques à brochettes
- 1 bouchon en liège
- 2 cailloux
- du scotch
Ce que tu vas découvrir...
- Créer rapidement un mobile qui surprendra tous tes amis et ta famille.
- Découvrir ce que signifie être en équilibre
- Découvrir ce qu'est un point d'équilibre ou encore un centre de gravité.

Déroulement de l'activité

1- Trouve deux cailloux à peu prêt de la même taille et du même poids. Inutile de les peser, fais-le à vu d'oeil ! Par contre, essaye de prendre des cailloux avec une face un peu plate, ce sera plus simple pour les fixer.
 
2- Coupe un morceau d'environ 7 cm sur une des brochettes.
 
3- Enfonce ce morceau sur le dessous du bouchon, au centre.
 
4- Prend les deux autres brochettes et fixe un caillou sur le bout sans pointe de chacune. Utilise du scotch pour bien fixer chaque caillou.
 
5- Prends les piques avec les cailloux et enfonce-les sur le coté du bouchon. Enfonce les "de travers" pour que les cailloux soit le plus bas possible par rapport au bouchon. Si tu enfonces les brochettes de sorte à ce qu'elles soient alignées, ton mobile tiendra en équilibre vertical. En revanche, si tu les plante désaxée, le mobile tiendra en équilibre horizontal. C'est encore plus impressionnant !!
 
 
Différentes positions d'équilibre sur ton doigt.
Si les piques sont alignés, le mobile tiendra en équilibre vertical.
Si les piques sont décalés, le mobile tiendra en équilibre horizontal.
 
Pour utiliser ton mobile-équilibriste, il te suffit de le poser en équilibre sur ton doigt. Reste immobile : le mobile tiendra tout seul en équilibre !

Comment ça marche ?

Mirosalv conseil
 
Voici une petite définition avec les mots des scientifiques. N'aie pas peur, les mots pourront te sembler compliqués mais nous allons voir ensemble ce que cela signifie et ce sera tout simple !
Logo définition
Un objet ou personne est en équilibre stable si la projection orthogonale de son centre de gravité est à l'intérieur de son polygone de sustentation.
Et ça veut dire quoi tout ça ?
Cuillère et son centre d'équilibre
Le point d'équilibre de la cuilllère.
Tous les objets ont un endroit que l'on appelle le point d'équilibre et que les scientifiques appellent aussi barycentre ou encore  centre de masse ou centre de gravité. Pour trouver le point d'équilibre d'un objet, essaye de le faire tenir en équilibre sur ton doigt. Le point d'équilibre est l'endroit où tu poses ton doigt!
 
Pour une cuillère par exemple, il se trouve à la base du manche près de la partie que l'on met dans la bouche.
Image avec polygone de sustentation en bleu
En bleu, le polygone de sustentation d'un chien et d'un homme.
C'est la surface formée par les appuis au sol.
 
Le deuxième mot compliqué à comprendre est polygone de sustentation. Il s'agit de la surface au sol sur laquelle repose l'objet.
Imagine un humain: il tient debout sur ses deux pieds. Le polygone de sustentation, qu'on appelle aussi "surface d'appui", est la surface créée par ses deux pieds : une sorte de rectangle qui entoure ses pieds. Sur le schéma ci-contre, les polygones de sustentation du chien et de son maître sont représentés en bleu.
 
Reste un dernier point à éclaircir : la projection du centre de gravité. Cela signifie simplement "l'endroit au-dessus duquel se trouve le centre de gravité". Cette projection est représentée par la flèche rouge de l'image ci-contre.
 
Au final, un objet est en équilibre si son centre de gravité est au-dessus de la surface qu'il occupe au sol.
Et le mobile dans tout ça, pourquoi il tient en équilibre ?
 
Bonne question ! Regardons un objet classique comme le parapluie ci-contre. Le faire tenir tout droit debout est difficile : il faut que son centre de gravité soit au-dessus de sa surface d'appui qui est toute petite! Lorsque l'objet se penche, comme sur le schéma, son poids a tendance à le faire tomber et donc à éloigner encore plus de sa position d'équilibre. L'objet est alors en déséquilibre et tombe. 
 
Pour le mobile par contre, les pierres sont très lourdes par rapport aux baguettes et au bouchon. Le centre de gravité du mobile se retrouve donc situé entre les deux cailloux, c'est à dire sous le point d'appui. Lorsque le mobile se déséquilibre, le poids ramène donc systématiquement le centre de gravité sous le point d'appui et repositionne le mobile en position d'équilibre
 
Essaye de bouger un peu ta main : le mobile-équilibriste fera de grandes oscillations mais ne tombera jamais !
 
Le mobile en équilibre sur ton doigt !
Le point bleu représente la surface d'appui.
Le point rouge représente le centre de gravité du mobile.
Les pointillés verts te permettent de visualiser les différents alignements.
 
Logo astuce
Teste ton équilibre !
 
Tant que tu restes droit, ton centre de gravité est à peu prêt au niveau de ton nombril. Voici un petit test à réaliser toi-même pour mieux comprendre la définition de l'équilibre.
-   Tient toi debout les deux pieds au sol et trace un trait autour de tes deux pieds: c'est ton polygone de sustentation.
-   Prend une ficelle et fixe une pierre au bout. Tient le bout de la ficelle sur ton nombril et laisse la pendre avec le poids du caillou: ce sera un fil à plomb qui représentera la projection verticale de ton centre de gravité.
-   Si le caillou est au-dessus de la surface que tu as tracé au sol, tu tiens en équilibre!
-   Essaye maintenant de te pencher en avant et en arrière.  Que se passe-t-il lorsque la pierre sort de la surface ?

Trucs à tester...

- Le mobile fonctionne-t-il avec une seule pierre ? Et avec plus de deux ?
- Que se passe-t-il lorsque tu secoues lentement ta main ?
- Et si tu essayais de le faire tenir dans l'autre sens, les pierres au-dessus de ta main ?
 
Si tu as encore des questions, laisse un commentaire !
 
En résumé...
 
- Tout objet possède un centre de gravité.
- La surface d'appui de l'objet est appelé polygone de sustentation.
- Pour être en équilibre, il faut que le centre de gravité soit au-dessus de la surface d'appui.
- Le mobile-équilibriste a un centre de gravité plus bas que sa surface d'appui : il tient toujours en équilibre car aussitôt déséquilibré, son propre poids le ramène en position d'équilibre.
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