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Singularité magnétique

Un article de Mercuriel Jewell du 11/01/2010

Une explication de du 14/01/2010

 

 

Un jeu d'enfant :

Nous avons tous joué avec deux aimants qui s'attirent au travers d'un plan, que ce soit une table, la main ou un tissu. L'effet produit par l'aimant libre qui semble se déplacer seul, si l'on ne voit pas son opposé, est toujours surprenant. Mais cette gentille facétie magnétique pourrait bien cacher un phénomène physique beaucoup plus déroutant...

 

L'expérience :

Prenons une plaque de verre ou de matériau amagnétique et fixons-la verticalement. Munissons-nous de deux aimants cylindriques puissants, Néodyme si possible, à polarisation axiale. Sur chacun de ces aimants, et sur le même pôle magnétique, collons une petite mire afin de nous permettre d'évaluer leur mouvement respectif.

Approchons nos aimants ainsi préparés de part et d'autre de la plaque jusqu'à ce qu'ils se collent au travers du plan. Maintenant, déplaçons l'aimant piloté par notre main selon un axe horizontal, vertical puis diagonal.

Nous constatons que l'aimant libre :

• Tourne sur lui-même rapidement si l'on déplace l'aimant-pilote horizontalement
• Ne tourne pas sur lui-même si l'on déplace l'aimant-pilote verticalement
• Tourne sur lui-même à une vitesse intermédiaire si l'on déplace l'aimant-pilote en diagonale

 

Le film de l'expérience sur la singularité magnétique

 

L'énigme :

Cette rotation sur le plan horizontal ou incliné peut sembler anodine, à première vue...
Mais à première vue seulement.

Car enfin, quelle est la cause de cette rotation ?

L'expérience a été conduite dans différents départements français. L'observation du phénomène est identique partout, donc cela ne dépend pas de la constitution géologique du sous-sol.

Les autres causes envisageables :

• Le magnétisme terrestre : Il semble improbable qu'un aimant Néodyme dont le champ dépasse le Tesla au mètre carré soit influençable par le champ magnétique terrestre qui lui, n'est que de 0,000047 Tesla...
• La gravitation terrestre : Peut-être... Mais comment la pesanteur se transforme-t-elle en rotation ?
• Les proportions géométriques des aimants : Effectivement, si l'aimant libre présente un diamètre supérieur à sa longueur le frottement sur le plan, devenu trop important, va freiner la rotation. Mais ce freinage, purement mécanique, ne contredit absolument pas la réalité première du phénomène...
• Un excentrage de l'axe du champ magnétique de l'aimant libre : Aucun aimant n'est rigoureusement parfait, pourtant, cette expérience fonctionne avec tous les aimants de volume cylindrique...

Et dans tous les cas, pourquoi une rotation dans le sens du déplacement ?

La question était posée !

Afin d'eliminer les effets parasites du frottement de l'aimant sur le plan, nous avons fait un petit test complémentaire. Nous avons inséré l'aimant libre dans un roulement à billes plastique de manière à ce qu'il puisse tourner sur lui-même sans frottement sur le plan. Mais, dans cette configuration, le plan avait-il encore une raison d'être ?

Dans les deux cas, au travers du plan ou en éloignant simplement les deux aimants de l'épaisseur du plan, force était de constater que l'aimant esclave, pourtant libre dans son roulement, ne tournait plus sur lui-même lors d'un déplacement horizontal !

La réponse était donc d'ordre mécanique et non magnétique.
Dommage... sans doute, mais il faut être pragmatique.

 

...?......?...

 

L'énigme résolue :

C'est (texte et illustrations) qui nous propose la solution et nous permet de mieux comprendre ce comportement pour le moins surprenant.

L'explication de ce phénomène étonnant relève du domaine de la "physique classique", non pas du magnétisme...

A quelles forces est soumis l'aimant "esclave" pour rester sur la paroi ?

• 1) son propre poids, la force de gravitation, vertical au centre de gravité, fonction de sa taille, de la quantité de matière, de sa masse ;
• 2) l'attraction réciproque avec l'aimant "actif", fonction de leurs qualités magnétiques et du carré de la distance qui les sépare ;
• 3) et on l'oublie souvent, de la réaction du support sur lequel il est en frottement, et qui lui encaisse le poids des deux aimants ainsi que la force (main en l'occurrence) qui déplace l'aimant actif. 

A l'arrêt, le système est stable. Les forces magnétiques d'attraction s'exercent sur toute la surface de contact entre les aimants face à face et la paroi qui les sépare.

Mais leur poids s'exerce qui sur leurs centres de gravité, en gros au milieu des aimants (pour simplifier), soit à plusieurs millimètres, voire centimètres de la paroi. Cette force tend à faire tomber les aimants verticalement vers le bas, ce qu'ils ne peuvent pas faire car tenus au contact du support par l'attraction de leur homologue.

Si l'on regarde alors de près ce qui se passe sur la surface de contact avec le support, les forces magnétiques d'attraction sont harmonieusement réparties sur cette surface ; mais les poids exercés en des points distants créent un bras de levier sur cette surface, tendant à faire décoller le haut de l'aimant et pressant fortement sur le bas. On le constaterait en ajoutant une charge à l'autre extrémité de l'aimant, jusqu'à son décollement qui se produira non pas par glissement mais par basculement autour d'un axe passant par le point de contact le  plus bas de l'aimant avec le support. C'est le problème bien connu des bricoleurs de l'arrachement de tout support fixé sur un mur...

Que se passe-t-il quand on déplace l'aimant "actif" horizontalement ? La différence de pression entre le bas et le haut de l'aimant "esclave" et le support se déplace latéralement, avec une ligne inférieure de forte pression (bas de l'aimant) et une ligne de faible pression (bord supérieur de l'aimant). Un aimant rond répond à ce déséquilibre des forces en "roulant" le long de la ligne de forte pression.

Quand on le déplace verticalement, les points de forte et de faible pression aimant-support restent alignés : l'aimant n'a plus d'autre solution que de glisser, comme le font d'ailleurs les aimants plats. Tous les autres angles de déplacement donnent les combinaisons intermédiaires entre glissement (vertical) et rotation (horizontale).

 

C.Q.F.D.

 

Merci Roy !

 

 

Plus les hommes accumulent les connaissances, plus ils prennent la mesure de leur ignorance.
(Dan Brown)