Comment jouer à La perle flottante
- Choisis un test et lis sur la carte les charges, la masse ou la hauteur voulue.
- Utilise k·q₁·q₂ ÷ r² = m·g avec les charges en C, r en m et m en kg.
- Tape ta prédiction et appuie sur Démarrer. Le fil descend la perle du haut depuis le haut du tube.
- Regarde où le fil se détend et compare avec ta ligne orange ou la cible grise.
La loi de Coulomb
Deux charges se repoussent si elles sont de même signe et s'attirent si elles sont de signes opposés. En 1785, Charles-Augustin de Coulomb a mesuré la force avec une balance de torsion et trouvé F = k·q₁·q₂ ÷ r², avec k = 8,99 × 10⁹ N·m²/C². La force croît avec chaque charge et diminue avec le carré de la distance : à moitié de distance, quatre fois la force. Elle agit sur les deux charges, également et en sens opposés. Entre de petits objets, la force électrique est énormément plus forte que la gravité : quelques dizaines de nanocoulombs sur deux perles à quelques centimètres suffisent à en porter une contre l'attraction de la Terre entière. C'est pour cela qu'un ballon frotté peut soulever tes cheveux.
Un modèle d'apprentissage ciblé
Les perles sont de petites sphères qui agissent comme des charges ponctuelles, et r est l'écart entre leurs centres. Le verre est un isolant parfait et les perles ne perdent pas de charge. Le bout du fil descend régulièrement du haut du tube (16 cm) jusqu'à 0,6 cm en 2 s, assez lentement pour que la perle soit toujours en équilibre : le fil tire avec m·g − F tant que c'est positif et se détend exactement là où F = m·g. Une perle poussée plus fort que son poids dès le haut reste contre le bouchon ; une perle trop lourde pour flotter repose sur celle du bas. Le tube et l'écart sont à l'échelle ; les perles sont dessinées plus grosses. Les réponses à 2 % près sont justes.