La tige de verre qui disparaît !
Aller hop, comme chaque année sur ce blog désormais, je vous propose des gadgets scientifiques, amusants, éducatifs et curieux.

Comme d’habitude, j’assume totalement la période de publication de ces articles, juste avant Noël afin de pousser le monde à offrir de la science sous le sapin !

Le verre qui disparaît

Cet objet (voir la figure d’en-tête de l’article) est une ampoule scellée de verre d’environ 10 cm dans lequel se trouve une pointe de verre fixe sur quelques centimètres. Le tube est partiellement rempli d’une substance visqueuse, probablement de la glycérine. Quand le tube se trouve debout dans son support avec la glycérine en bas et la pointe en haut, la pointe est clairement visible comme n’importe quel bout de verre.

Lorsque l’on retourne le tube, alors le liquide immerge la pointe, et cette dernière disparaît complètement ! Dans cette configuration, on pourrait observer le tube sous tous les angles, la pointe est invisible.

C’est très simple comme objet, mais le phénomène n’en est pas moins spectaculaire et laisse généralement sans voix quiconque à qui vous montrez ça pour la première fois.

En réalité, la pointe est toujours là et il suffit de retourner l’ampoule à nouveau pour la faire sortir du liquide. Le phénomène à l’œuvre ici est exactement le même que celui qui rend les billes super-absorbants invisibles dans l’eau.

La glycérine à l’intérieur possède le même indice de réfraction que le verre. Du coup, quand la lumière passe du verre à la glycérine ou de la glycérine au verre, elle n’est pas du tout déviée et aucune déformation n’a lieu dans l’arrière-plan qu’on voit à travers. Résultat : l’interface entre les deux milieux n’est pas visible et c’est comme si le verre fondait totalement dans le liquide.

Ce petit fidget n’est pas facilement trouvable. Je ne l’ai trouvé que sur Experimentis, un site allemand (qui ne livre pas en France malheureusement ; j’ai dû le faire livrer au Luxembourg et un lecteur, David, a pu me le réexpédier : je le remercie ici à nouveau pour ça).

Element Blocks

Element blocks.
Dans le même style que le fameux cube de tungstène dont j’ai parlé dans un autre article de cette série, voici un magnifique set de cubes métalliques : magnésium, aluminium, titane, fer (acier), zinc, cuivre et tungstène.

Les cubes sont tous de la même taille mais ont bien sûr des densités différentes et leur masse est donc différente à chaque fois également. Le cube de tungstène pèse 306 grammes, alors que le cube de magnésium, un métal extrêmement léger, n’en pèse que 28 !
Les autres métaux sont graduellement situés entre les deux.

Ces petits cubes sont amusants à manipuler et font également un jouet de bureau plutôt sympa.

Ce set provient de Crowdlabs qui le propose en versions avec 4, 5, 6 ou 7 cubes. La version 6 cubes correspond à la version 7 cubes sans le tungstène.

Le tungstène est probablement l’un des éléments les plus surprenants de la série (s’en priver serait dommage) à cause de son énorme densité, mais c’est aussi un métal plutôt cher à produire. La version 6 cubes est environ moitié moins cher que la version complète.

Pour info, la densité du tungstène est très proche de celle de l’or. Si vous réussissez à plaquer d’or un cube de tungstène, ce sera probablement la chose la plus proche de ce que vous pourrez avoir et ressemblant en tout point à un cube en or massif. Sauf si vous pouvez vous procurer un vrai cube en or, bien sûr (qui coûterait alors plus de 16 000 €).

Sparkit

Le sparkit assemblé.
Cet objet nécessite deux piles LR6 pour fonctionner. Il s’agit d’une machine de Wimshurst : un appareil électrostatique capable de produire des arcs électriques assez conséquents.
Cette version miniature, en kit à monter soi-même, permet de produire des arcs électriques d’environ deux centimètres de long, ce qui correspond à des décharges d’environ 50 000 V !

Le principe n’est pas trivial, car il implique tout un tas de petits éléments que l’on ne voit en réalité que quand on assemble le kit, et ça fera probablement l’objet d’un article plus complet dans le futur.

En fonctionnement, on constate surtout les deux disques qui tournent en sens inverse l’un de l’autre. Chaque disque est incrusté de cellules métalliques. Le socle possède de petits balais qui viennent frotter sur les cellules métalliques et en arracher quelques électrons.

Le fait qu’il y ait deux disques va permettre au surplus de charges d’une cellule d’un disque de repousser les charges de la cellule en face sur l’autre disque. Quand cette cellule se trouve en contact avec un des balais, les charges vont fuir dans le balais et être stockés sur un des éléments métalliques du socle.

En tournant, les disques vont peu à peu repousser ou attirer des charges dans leurs cellules et ainsi induire dans les éléments métalliques du socle des différences de potentiel énorme de plusieurs dizaines de milliers de volt. Ces éléments métalliques sont reliés aux deux tiges en haut : quand la tension devient trop importante, les électrons sont éjectés d’une tige en direction de l’autre : un éclair s’amorce alors entre les deux tiges et l’ensemble des charges se rééquilibre dans le système.

Si les disques continuent à tourner, le processus entier recommence, jusqu’à ce qu’un nouvel arc vient se produire, et ainsi de suite.

Plus les tiges sont rapprochés l’une de l’autre, plus la tension nécessaire pour produire un arc entre les deux est faible : le rythme de ces arcs augmente. Si on écarte un peu les tiges, les arcs sont plus espacés dans le temps mais plus violents également.

Faites attention en éteignant l’appareil : ce n’est pas parce que les disques ne tournent plus que les plaques ne sont plus chargées. Si vous touchez un des éléments métalliques ou une des tiges, attendez-vous à subir un choc ! Pour décharger l’appareil, utilisez un objet en plastique (stylo par exemple) pour déplacer les tiges et les mettre en contact : vous verrez, il restera suffisamment de charges pour produire un petit arc.

Comme toujours en électricité, respectez la règle de l’unique main : mettez une main dans une poche et travaillez avec l’autre. Cela évitera un courant de passer d’une main à l’autre en passant par le tronc et votre cœur. Mettez aussi des chaussures avec une semelle en caoutchouc pour éviter que le choc ne passe dans le sol. En respectant ceci, il est possible de manipuler la machine de Wimshurst sans se faire surprendre par un choc.

Cet objet, ce kit, est produit par une boutique néo-zélandaise : Sparkit Electrostatics, qui vend le kit pour 30 $ (auquel il faut ajouter environ 10 € de frais de port). Ceci est très bon marché vu la qualité de l’appareil.
Prévoyez de la soudure à l’étain pour l’assemblage. Le kit est aussi disponible tout assemblé mais coûte un peu plus cher.

Le Hoverpen

Le Hoverpen.
Ce n’est pas un hoverboard pour stylo, mais presque !

Il s’agit d’un stylo haut de gamme en titane. Le plus intéressant réside cependant dans son socle : simplement posé dessus, le stylo tient alors en équilibre sur sa pointe grâce à une série d’aimants en opposition de pôle.

On aurait aimé que le stylo flotte totalement dans les airs, sans aucun point de contact, mais obtenir quelque chose de stable comme ça est pratiquement impossible. On pourrait utiliser un matériau diamagnétique (qui produit un champ magnétique répulsif quel que soit le champ magnétique dans lequel il baigne), mais les propriétés diamagnétiques, par exemple du carbone, de l’eau ou du bismuth, sont très faibles : juste suffisant pour contrebalancer le poids d’un tout petit aimant, clairement pas d’un stylo entier).
Une autre solution pourrait être un stylo en matériau supraconducteur, mais ces matériaux ne fonctionnent qu’à des températures extrêmement basses, inatteignables dans la vie courante et il aurait de toute façon besoin d’une source d’énergie pour le refroidir, alors qu’ici, le stylo tient debout sans source d’énergie.

Malgré cela, le Hoverpen reste assez sympa à voir et suscite toujours l’étonnement et la curiosité.

Il est disponible sur Kickstarter (mais son prix reste élevé si vous ne cherchez qu’un stylo).
Si vous cherchez un stylo sympa, regardez aussi le fameux « Space-Pen », à cartouche pressurisée et encre thixotrope, qui écrit à l’envers, dans l’eau, dans la graisse…

Une structure en tenségrité

Photo d’une structure qui tient grâce à la tenségrité.
La tenségrité est un mot-valise de « tension » et « intégrité », qualifiant une structure dont l’intégrité est assurée par la tension exercée par certains de ses constituants. L’astuce ici, et qui rend l’ensemble totalement contre-intuitif, c’est que les pièces solides (barres d’acier, de bois…) sont maintenues au sein de la structure sans se toucher et pour certaines sans même toucher le sol par de simples fils. Certaines pièces flottent ainsi avec des fils qui les suspendent vers le haut (depuis le bas, donc), donnant l’illusion d’une construction sortie d’un rêve.

En réalité, quand on conçoit une structure quelconque, les pièces tiennent entre-elles soit par compression (comme les briques d’un mur) soit par tension ou traction (le tablier d’un pont suspendu est maintenu par la tension de gros câbles).
Dans une structure on peut remplacer les éléments sous tension par des câbles ou des fils : ces derniers peuvent assurer une tension (mais pas une compression). La structure tiendra debout, même elle semble alors tenir par l’opération du saint esprit.

Dans la photo, la pièce métallique du haut est suspendue vers le haut par des chaînes souples !

Évidement, pas de magie ici et la réalité est pourtant simple. Il y a 4 chaînettes : celle du milieu assure la suspension de la pièce métallique, et les trois autres assurent l’équilibre de l’ensemble.

Sauf que généralement, la chaînette du milieu est plus discrète et l’on ne voit alors que celles qui tirent la pièce vers le haut, d’où la sensation bizarre quand on observe cette structure.

L’effet aurait été encore plus surprenant si les chaînettes avaient été remplacées par du fil de pêche, encore plus discret.

Un exemple de structure en tenségrité est un chapiteau ou une tente : les mâts d’une tente ne tiennent pas debout tout seuls ; ils ne sont même pas en contacts les uns avec les autres. Ils tiennent grâce à la toile tendue entre eux. Et inversement, la toile conserve sa forme grâce à la présence des mats. L’ensemble est tout à fait stable, mais la simple vue dans la structure des câbles ou chaînettes habituellement souples suffit à nous donner l’illusion d’un effet de magie.

L’objet de la photo peut-être reproduit, et il en existe tout un tas d’autres. Certains artistes, certains architectes utilisent la tenségrité leur constructions.

Autres listes

Le présent article est le cinquième d’une série.
Les précédents sont là :

9 commentaires

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L6 Atmo wrote:

Pour le coup du verre qui disparait, j'ai fait le tour à mes collègues de labo avec un grand bécher et un petit bécher (borosilicate) remplis d'huile de vaseline. Et POUF! le petit disparait quand on le plonge dans le grand! Effet garanti ! ;)

Sinon j'adore les cubes en métal, je trouve cela très design et l'effet du poids du cube de tungstene comparé à celui en alu est vraiment surprenant!

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Le Hollandais Volant wrote:

@Gérard : Bonjour :)
Je ne le connais pas personnellement, mais j’ai déjà vu ce genre de constructions, oui ! Elles existent également en plus petit (format de bureau). C’est assez impressionnant.

@L6 Atmo : pour ma part, dans le set des métaux, je garde le tungstène comme il est, mais mon cube de 1 kg, je cherche à le plaquer d’or. L’or et le tungstène ont pratiquement la même masse volumique. Mais je n’ai pas encore trouvé de façon de le plaquer efficacement. Les bijoutiers que j’ai contacté s’y sont tous refusés…

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Ténor wrote:

Je pourrais le faire par évaporation sous vide (nos équipements ont un volume largement suffisant)mais je pense que mon patron ne sera pas d'accord...

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L6 Atmo wrote:

@Le Hollandais Volant : tu pourrais essayer de le couvrir à la feuille d'or (on en trouve sur le net pour pas cher) puis un vernis dessus pour que ça ne bouge pas mais pas sûr que l'effet soit aussi lisse qu'avec un placage.

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L6 Atmo wrote:

@Ténor : Es-tu vraiment obligé de lui dire? :D

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Le Hollandais Volant wrote:

@Ténor : par dépôt chimique en phase vapeur (CVD) ? Je ne savais pas que ça se faisait pour l’or :O

Perso j’avais deux idées : soit le plaquage par feuille (comme le propose justement @L6 Atmo, soit le plaquage électrolytique.

Le second est utilisé pour les bijoux, généralement, et c’est ce qui me semble le plus approprié ici. C’est rapide et donne un résultat uniforme, mais il faut un peu de matériel et des produits assez dangereux (eau régale, etc.).

Le plaquage par feuille est faisable, mais est généralement réservé pour le plaquage sur bois, sur papier ou sur toile. Sur du métal le plaquage peut tenir avec un processus de soudure froide, mais autrement il faut de la colle, si je ne me trompe pas.

J’ai peur que le plaquage par feuille d’or soit moins solide, car j’ai bien de la feuille d’or chez moi (un tout petit peu).
Il faudrait que je teste, mais je ne suis pas persuadé d’arriver à quelque chose : mes autres essais de plaquage n’ont pas été un grand succès xD

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Ténor wrote:

Alors, non, pas par CVD. Je peux faire de l'ALD mais pas pour obtenir de l'or. Plutôt de l'alumine ou autres. Nous le faisons par évaporation sous vide turbo. Mais je ne sais pas si c'est possible de faire ce dépôt sur du tungstène ? Les dépôt sont surtout fait sur des substrats à base de silice.

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Le Hollandais Volant wrote:

@Ténor : Je vois~

Il existe des bijou en tungstène plaqué or, ça c’est une certitude et j’en ai déjà vu. Je doute que ça soit fait par des dépôts CVD ou ALD, vu que ça demand beaucoup plus de moyens techniques que le simple plaquage électrolytique, que n’importe quel atelier de bijouterie peut se procurer.


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