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|Description=Fabriquer une toupie, qui est un jouet destiné à tourner sur lui-même le plus longtemps possible, en équilibre sur sa pointe. | |Description=Fabriquer une toupie, qui est un jouet destiné à tourner sur lui-même le plus longtemps possible, en équilibre sur sa pointe. | ||
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Version actuelle datée du 15 octobre 2019 à 15:42
Fabriquer une toupie, qui est un jouet destiné à tourner sur lui-même le plus longtemps possible, en équilibre sur sa pointe.
Difficulté
Facile
Durée
15 minute(s)
Disciplines scientifiques
Physique
Introduction
Ce jouet est connu depuis l'Antiquité
Les toupies sont faites en différentes matières, comme en poterie, en pierre, en bois, en bambou et en terre cuite. Faites en bois dur, les petites toupies avec lesquelles les enfants jouaient autrefois, étaient des jouets faits par eux-mêmes, ce qui pouvait donner aux enfants un sentiment de satisfaction et le plaisir d'une autoproduction réussie. Comme le globe terrestre sur son axe, la toupie symbolise et nous rappelle de par son mouvement rotatif l’équilibre subtil d'un univers en mouvement.- Matériel et outils
Couvercle 
Un couvercle est un élément mobile de forme plate servant à fermer un récipient ou un emballage. Il peut être amovible ou fixé au récipient par une charnière. Il est dans certains cas muni d'un organe de préhension parfois appelé fretel : anneau, poignée, bouton ou forme ornementale (fruit, légume ou encore gland...).
Brochette 
Une brochette, en cuisine, désigne une fine tige en métal ou en bois sur laquelle sont enfilés des morceaux de nourriture et destinés à être cuits à la broche, c’est-à-dire au-dessus des braises du feu ou au barbecue.
Bouchon de liège 
Un bouchon est un accessoire fermant le volume de la bouteille pour éviter que le liquide contenu ne s'écoule ou ne s'évapore. Sur les 16 milliards de bouchons produits chaque année, 80 % sont en liège ; mais les bouchons à vis et les bouchons synthétiques prennent de plus en plus de place dans le marché mondial
Vrille 
Une vrille est un outil manuel, avec en embout en spirale, permettant de faire des trous, d'un diamètre lié à la taille de l'outil, dans le bois1. C'est une sorte de mèche actionnée à la main.
Couteau 
Près d'un habitant humain de la Terre sur 6 utilise des couteaux à une seule dent (il utilise également des fourchettes à une dent). En général il est est chinois (ou japonais) et appelle son couteau de la même manière que sa fourchette : une baguette.
Étape 1 - Trouer le couvercle
Faire un trou, de même diamètre que celui de la brochette ou légèrement moins, au centre du couvercle.
Le couvercle peut être remplacé par un bouchon de bouteille...
Étape 2 - Couper le bouchon de liège en tranche
Faire deux tranches d'environ 4mm
Les morceaux de bouchon peuvent être remplacé par de la pâte adhésive repositionnable, de la pâte à modeler...
Étape 3 - Assemblage de la toupie
Faire passer la brochette dans une tranche de liège, puis le couvercle, et pour finir avec la dernière tranche de bouchon.
En suite, resserrer le tout, afin de bloquer le couvercle.
La brochette peut être remplacée par un cure-dent...
La brochette doit être perpendiculaire à la surface du couvercle.
Étape 4 - OPTIONNELLE : Réduire la taille de la brochette
Casser ou couper la brochette à une longueur souhaitée.
Étape 5 - La lancer !!
Faire tourner la brochette entre ces doigts, lâcher, puis observer !
Comment ça marche ?
Observations : que voit-on ?
Plus nous mettons de force dans la rotation de la toupie, plus elle tourne vite et plus elle tient longtemps en équilibre.
Mise en garde : qu'est-ce qui pourrait faire rater l'expérience ?
- Le trou dans le couvercle pas assez au centre,
- La coupe des tranches pas assez droite,
- La pointe de la brochette pas assez pointue,
Explications
Garce à sa forme bien équilibrée et son axe au centre, la toupie peut tourner sur elle-même
Plus d'explications
Il existe de nombreuses formes de toupies, mais le principe de base est toujours le même :
- une masse équilibrée (centre de gravité sur l'axe de rotation) ;
- un grand moment d'inertie par rapport à l'axe (masses réparties loin de l'axe) ;
- contact ponctuel sur l'axe (ou très proche) avec le sol (diminution des effets du frottement) ;
- un système de mise en rotation (tige, ficelle...) permet de lancer la toupie. Une fois en rotation, la toupie se comporte comme un gyroscope.
On peut jouer de différentes façons avec une toupie. On peut soit tenir compte de la durée de rotation, soit de la longueur parcourue, soit encore pratiquer le jeu de massacre dont le but est de faire tomber le maximum de quillesa.
Le temps de rotation peut être augmenté en abaissant le centre de masse, en minimisant la friction au niveau de l'embout et en répartissant la masse loin du centre (grand moment d'inertie).
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Éléments pédagogiques
Objectifs pédagogiques
- comprendre l'effet gyroscopique
- comprendre le principe de gravité et de centre de gravité
- comprendre la vitesse
Pistes pour animer l'expérience
- Peut être faites en lien avec l'expérience de l'équilibriste
- Pour fabriquer des minis disque de newton.
- Permettre de parler de la rotation de la Terre
Sources et ressources
Dernière modification 15/10/2019 par user:Pierreb.
Published