Suite à mon premier article (lien en bas de l’article) j’estime venu le temps pour un autre article similaire, avec encore quelques objets étonnant sur la plan scientifique et constituant également de magnifiques objets de décoration.
Le critère de sélection de ces jouets éducatifs est toujours le même : il n’y a pas de limites, la seule condition que je me fixe ici est que l’appareil doit pouvoir fonctionner de façon autonome, sans piles ni prise de courant.

Le moteur de Mendocino

Ceci est un objet de décoration magnifique qui malgré son apparence très complexe a un fonctionnement relativement simple. C’est juste qu’il fait intervenir plein de phénomènes physiques dans un même objet.

Tout d’abord, la partie supérieure flotte dans les airs : il s’agit ici simplement d’une répulsion magnétique, à cause d’aimants placés en opposition de pôles. Le moteur en lui-même pourrait se passer de cette configuration, mais ceci a l’avantage de diminuer les forces de frottement sur l’axe rotatif (par rapport à un roulement à billes, par exemple).

Ensuite, il y a des panneaux photovoltaïques sur le rotor. Ces panneaux captent la lumière ambiante pour produire un courant électrique qui est envoyé dans des bobine (cachées dans le rotor, une pour chaque panneau). Le courant dans la bobine va produire un champ magnétique.

Enfin, sous le rotor, dans le socle, se trouve un aimant. Cet aimant ne bouge pas mais c’est grâce à lui que le moteur tourne. Le champ magnétique des bobines va réagir au champ magnétique de l’aimant et une force va être créée : c’est la force de Laplace. Cette force va provoquer la rotation du rotor jusqu’à ce que la bobine se trouve près de l’aimant.
À ce moment, le panneau solaire étant dans l’ombre, il n’est plus éclairé et son effet disparaît, mais un autre panneau se trouve éclairé et il prend le relais : le rotor effectue une nouvelle portion de tour. À la suite, les multiples panneaux provoquent une rotation en continu du moteur.

Le miens, celui de la photo, provient de cette boutique en Allemagne.

Mova Globe®

Ce globe (site web) se met à tourner sous la lumière du jour, de façon régulière et fluide.

Le fonctionnement du Mova Globe est similaire que celui du moteur de Mendocino, à savoir des champs magnétiques produits par des bobines qui « s’appuient » sur un champ magnétique constant situé à l’extérieur.

Les seules choses qui changent sont, premièrement, que le globe flotte dans un liquide grâce à la poussée d’Archimède (et non avec des aimants) et, secondement, qu’il n’y a pas d’aimant dans le socle : le champ magnétique qui sert de support pour la force de Laplace est tout simplement le champ magnétique terrestre !

Sur la Lune donc, cet globe ne tournerait pas.

L’énergie externe est, quant à lui, toujours fourni par la lumière du soleil (ou tout autre source lumineuse).

Le Mova Globe peut-être trouvé un peu partout sur internet, y compris sur Cadeau Maestro et sur Amazon.

La valve de Tesla

La valve de Tesla (inventée et brevetée par Nikola Tesla) est un conduit, non bouché, dans lequel l’air peut circuler librement. La géométrie du conduit d’une valve de Tesla fait que l’air circule beaucoup plus facilement dans un sens que dans l’autre.

Ainsi, sur le schéma, l’air circule facilement dans la direction droite-gauche : le conduit favorisant un écoulement laminaire du gaz, et donc pratiquement sans résistance. Dans l’autre sens, l’air circule difficilement à cause des chemins secondaires, qui rebouclent et freinent l’air sur le passage central. Il s’en suit un écoulement turbulent, très résistif.

Sans aucune partie mobile et fonctionnant de manière totalement passive, on peut obtenir une différence de résistance à l’écoulement d’un facteur 10 à 200 : l’air circule alors 200 fois mieux dans un sens que dans l’autre.

En soi, on peut le voir comme une sorte de diode à air, où le courant d’air et la différence de pression de chaque côté de la borne seraient respectivement le courant électrique et la différence de potentiel (tension électrique) sur une diode électrique.

Feel Flux®

Le Feel Flux® est le nom commercial d’un objet tout simple : un tube de cuivre massif et un aimant.
Quand on laisse tomber l’aimant au travers du tube, l’aimant tombe au ralenti.

L’effet est très surprenant, tant à voir qu’à sentir, mais il s’explique très bien avec la loi sur le magnétisme de Lenz-Faraday et les courants de Foucault.

Quand l’aimant tombe, le champ magnétique à une hauteur donnée du sol varie au passage de l’aimant. Le déplacement d’un aimant constitue un champ magnétique variable (il varie dans l’espace, en fait).
En tombant dans le tube, le champ magnétique variant va induire un courant électrique, appelé courant de Foucault dans le cuivre : c’est l’induction électromagnétique. Or, un courant électrique dans un métal va à son tour produire un champ magnétique. Et comme Faraday l’a montré, le champ magnétique « secondaire » produit par le courant dans le cuivre s’oppose au champ magnétique de l’aimant. Résultat : la chute de l’aimant est ralentie.

L’aimant ne ralentira jamais jusqu’à s’arrêter, car sinon son champ magnétique ne sera plus variable, le courant induit cesserait et la champ magnétique secondaire s’arrêterait, donc la chute de l’aimant reprendrait. La vitesse de la chute dépend de la force du champ magnétique secondaire produit, pour qu’il s’oppose à la force de gravité.

Si vous ne vous sentez pas d’acheter cet objet, vous pouvez essayer avec un aimant puissant et un rouleau de papier aluminium ordinaire : ça marche aussi.

Cet effet de ralentissement est utilisé dans certains systèmes de freinages de poids-lourds ou de trains (ou même sur les montagnes russes) : un disque de freinage tourne à proximité d’un aimant et le mouvement de l’un par rapport à l’autre entraîne l’apparition d’une « force de traînée magnétique » qui va ralentir la roue, le tout sans contact ni frottements et avec une force de freinage directement proportionnelle à la vitesse du train, donc produisant un freinage parfaitement régulier et doux.

Le Feed Flux est disponible sur en ligne, par exemple sur Amazon.

Du tungstène élémentaire

Il s’agit simplement de tungstène, un métal pur, de numéro atomique 74.

Ce cube de tungstène, de 3,8 cm (1,5 pouces) de côté n’a rien de vraiment impressionnant, jusqu’à ce qu’on le prenne dans les mains : c’est incroyablement dense. Ce cube en particulier, qui n’est pas plus gros qu’un œuf, pèse tout juste 1 kg, soit autant qu’une brique de lait.
C’est le double de poids que le même cube fait d’acier, et environ 7 fois celui d’un cube en aluminium.

Il est intéressant de noter qu’aucun objet du quotidien n’est aussi dense qu’un bloc de tungstène pur. Quelque soit le métal, la roche, ou le matériau (bois, polymère…) que vous prenez, rien ne sera plus dense et c’est ce qui rend cet objet si étonnant. Il pèse dans la main comme rien d’autre. C’est tout bête, mais incroyable.

En effet, avec masse volumique de 19 300 kg/m³, l’une des plus élevées du tableau périodique, le tungstène est l’élément le plus dense que l’on puisse trouver dans la vie courante.

Les seuls matériaux plus denses que lui sont le rhénium, le platine, l’iridium et l’osmium ; qui sont tous précieux et tous hors de prix (ils sont tous plus rares que l’or) ainsi que le plutonium et le neptunium, qui sont plutôt difficiles à obtenir, dangereux et très radioactifs et ne sont donc pas réellement un « objet du quotidien ».

On peut le trouver en ligne, à nouveau sur Amazon (mais il est bien moins cher — tout est relatif — sur le site du vendeur aux USA).

La pendule Atmos

La pendule Atmos est une pendule mécanique capable de fonctionner en autonomie quasi-indéfiniment. Elle ne nécessite pas de piles ni d’intervention humaine pour le remonter. Son unique source d’énergie est la variation de température de l’air au cours de la journée.

Dans une habitation « normale », la température de l’air varie indéniablement au cours de la journée. Cette variation est captée par un liquide purifié (du chlorure de méthylène) dans une fiole fermée. Le liquide en se réchauffant va légèrement se vaporiser : le gaz obtenu va exercer une pression sur la fiole et la déformer. Cette déformation est suffisante pour remonter le mécanisme de l’horloge.
Quand la température baisse, le gaz se liquéfie et la fiole fermée baisse en pression ce qui va la déformer dans l’autre sens, remontant de nouveau le mécanisme (comme une pompe à vélo « double sens »).

La sensibilité du mécanisme est telle que la variation de température de 1 °C permet de remonter le mécanisme pour deux jours. Dans une habitation normale, une telle horloge peut donc fonctionner de façon autonome tout le temps.

Techniquement, la pendule Atmos est un moteur thermique.

Dans un moteur à explosion, on utilise du carburant pour chauffer et détendre des gaz, puis l’air ambiant pour refroidir et dépressuriser le moteur. L’important ici est la différence de température obtenue au sein du mécanisme : c’est lui qui va alternativement détendre et comprimer un gaz, et donc faire bouger un piston. Sans différence de température, aucun moteur thermique ne peut fonctionner. L’horloge Atmos est similaire dans le fonctionnement, c’est juste que sa source de différence de température étant l’air ambiant au cours d’une journée.

Cette pendule de fabrication suisse vient avec un prix relativement haut cependant (environ 9 000 €), à réserver pour les très gros cadeaux, donc (et, je dis ça je ne dis rien, mais j’accepte les cadeaux^^).

Autre liens

Cet article fait partie d’une série d’articles. Les autres sont ici :

• Gadgets/jouets scientifiques et éducatifs (2013) : où je présente le moteur de Stirling, le disque d’Euler, le radiomètre de Crookes, le pendule de Newton, l’oiseau buveur, le gyroscope, du gallium, le Lévitron, le thermomètre de Galilée et le baromètre de Fitzroy ;
• Gadgets/jouets scientifiques et éducatifs (2) (2017) : l’article actuel ;
• Gadgets/jouets scientifiques et éducatifs (3) (2018) : la station météo Barigo, le baromètre de Goethe, l’éolipyle, le Space-Pen, le diamagnétisme du bismuth, le Moondrop et l’horloge Nixie.
• Gadgets/jouets scientifiques et éducatifs (4) (2019) : le Gömböc, les sphéricon et héxasphéricon, les solides de Reuleaux, le superœuf, le Cube 50|50 et l’anagyre.
• Gadgets/jouets scientifiques et éducatifs (5) (2020) : le verre qui disparaît, Element Blocks, le Hoverpen, Sparkit et la petite sculpture en tenségrité.