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Il y a quelques années (déjà) j’avais fait un article avec quelques gadgets et jouets éducatifs : j’y exposait brièvement le moteur de Stirling, le disque d’Euler, le radiomètre de Crookes, le pendule de Newton, l’oiseau d’Einstein, le gyroscope, la toupie Lévitron®, le thermomètre de Galilée et le baromètre de Fitzroy.

Le temps est venu pour un autre article du genre, avec encore quelques objets étonnant sur la plan scientifique et constituant également de magnifiques objets de décoration pour tout scientifique.
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 est que l’appareil doit pouvoir fonctionne de façon autonome, sans piles ni prise de courant).

Certains des objets ici présentés sont d’avantage des objets conçus de façon spectaculaires par des âmes bricoleuses (comme Nikola Tesla) que des gadgets étonnants.

Le moteur de Mendocino

moteur de mendocino
Photo du moteur de Mendocino issue de cette vidéo de présentation

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.

Mova Globe®

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

Ce globe utilise le même effet que le 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.

La valve de Tesla

la valve 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
Le Feel Flux® (lien Amazon 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 (par gravité), le champ magnétique à une hauteur donnée du sol varie au passage de l’aimant. La chute, et plus généralement le déplacement, d’un aimant constitue un champ magnétique variable.
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.

Un aimant plus puissant tombera moins vite, et si on utilise un tube moins conducteur (comme de l’aluminium), pareil : le courant électrique induit étant plus faible, l’aimant est moins ralenti.

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. Personnellement j’utilise une collection d’aimants de disques durs et un rouleau d’aluminium (50 mètres). L’aimant doit pouvoir traverser le rouleau librement.

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 solides et avec une force de freinage directement proportionnelle à la vitesse du train, donc produisant un freinage parfaitement régulier et doux.

Du tungstène élémentaire

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

Un cube de tungstène n’a rien de vraiment impressionnant, jusqu’à ce qu’on le prenne dans les mains : il est beaucoup plus lourd que ce qu’on pourrait imaginer. Si vous avez un petit cube de 1 pouce de côté (soit 2,54 cm), il pèse environ 316 grammes, ce qui est environ autant qu’une demi-douzaine d’œufs ou qu’un grand verre d’eau.

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.

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.

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 ».

Une 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 tel que la variation de température d’un degré suffit pour remonter le mécanisme pour deux jours. Dans une habitation normale, une telle horloge peur donc fonctionner de façon autonome tout le temps.

Techniquement, le moteur de cet appareil 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, sa source de différence de température étant l’air ambiant.

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seb a dit :

Par rapport à la pendule Atmos, est ce qu'il existe des montres sur le même principe?
Je sais qu'il en existe des montres automatiques avec le mouvement du bras mais si on ne les met pas pendant plusieurs jours elles ne fonctionnent plus, avec un système comme ça il n'y aurait plus le problème.

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Le Hollandais Volant a dit :

@seb : Pas que je sache.

Je connais également les montres qui utilisent la force du poignet, ainsi que les montres à gousset mécaniques (qui sont également des bijoux de technique et manufacture, comme toutes les horloges anciennes d’ailleurs…).

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Pierre H a dit :

@seb :
Oui je confirme Seb j'en ai une d’ailleurs au poignet :
Il s'agit d'une Seiko Kinetic auto-relay :
un balancier alimente une petite dynamo a chaque mouvement du poignet et recharge ainsi une sorte de batterie/condo..
Si au bout de 48h il n'y a pas de mouvement, la montre se met en veille.
Si plus tard ou la remue, on la réveille et les aiguilles se mettent normalement à la bonne position (heure actuelle).

Pierre.

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louis a dit :

Un cube de tungstène est un objet du quotidien ? Je vois plutôt par exemple une alliance en or, quand je l'enlève je suis toujours impressionné par son poids. Et la masse volumique de l'or est sensiblement la même que celle du tungstène.
Il est plus courant de rencontrer un Napoléon en or qu'un cube de tungstène !
As-tu une idée du prix du cube que tu décris ? Je crois que l'or est 2 fois plus cher mais plus courant à l'état quasi pur dans notre quotidient.

Moi je me ferais bien une belle cloche de Franklin à mettre dans le jardin pour détecter les orage. https://couleur-science.eu/?d=2015/10/20/18/12/02-detecter-les-orages-avec-les-cloches-de-franklin

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Le Hollandais Volant a dit :

@louis : je parlais plutôt du tungstène, qui n’est pas un métal rare, ni précieux : on le trouve dans les vieilles ampoules ou divers outils de bricolage. Tu ne trouveras pas un "cube" partout, ceci-dit.

Par contre, si 300 g de tungstène 3-9 coûte ~90 €, la même masse en or te coûtera juste 11 000 € (soit ~120 fois plus cher… On est loin du « l’or est 2 fois plus cher »).

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Juju a dit :

Ces objets me font penser à un "gadget" de chez PIF (il y a longtemps); c'était un petit sous-marin qui montait et descendait dans un récipient d'eau, comme un Ludion. Le moteur consistait en un petit morceau de cachet effervescent placé vers le "ballast". C'était bien calculé, à l'époque, pour un magazine à 2 francs.

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louis a dit :

@Le Hollandais Volant : tu as raison, je me suis planté sur le prix : j'avais regardé le cours du tungstène : 27,000$/kg le 3ème zéro m'a fait pensé que c'était 27000 alors que c'est 27$... Donc c'est plus de 1000 fois moins cher que l'or...

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Pwasson a dit :

Pour la valve de Tesla, il me semble que parler de turbulence est impropre : y a un cisaillement dû aux recirculation, mais pas de turbulence qui correspondent à une perte d'énergie par des tourbillons à toutes les échelles. D’ailleurs, c'est beaucoup utilisé en micro-fluidique où on est dans un domaine très éloigné de la turbulence.
(Cela dit, je peux aussi dire des conneries)


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