SHEN KUO ET LA BOUSSOLE

1070    Shen Kuo (1031-1095) : l’inventeur de la boussole

La terre est comme un aimant.

Les fourmis et les abeilles ont de la magnétite sur la tête et l’abdomen pour s’orienter

 

La géographie :

science qui étudie et décrit la Terre à sa surface, en tant qu’habitat de l’Homme et de tous les organismes vivants

 

LA BOUSSOLE

Comment fonctionne cet instrument d’orientation qui indique le Nord ? Pourquoi une boussole indique-t-elle toujours cette position ?

 

Matériel nécessaire :

• Bouchon de liège
• Trombone
• Bassine
• Eau
• Aimant
• Cutter
• Pince coupante

 

Étape 2 – Préparer l’expérience

Coupe une rondelle de bouchon de liège.

Verse de l’eau dans la bassine.

Déplie le trombone et coupes-en un bout.

Frotte une des extrémités du trombone avec l’aimant (si on a une épingle ou une aiguille, il suf􀀪t de la frotter avec l’aimant de la même manière).

 

Étape 3 – Réaliser la manipulation

Dépose le bouchon sur l’eau, pose le trombone ou l’aiguille sur le bouchon et observe ce qu’il se passe !

 

Comment ça marche ?

Étape 1 – Réunir le matériel

 

Étape 2 – Préparer l’expérience

Coupe une rondelle de bouchon de liège.

Verse de l’eau dans la bassine.

Déplie le trombone et coupes-en un bout.

Frotte une des extrémités du trombone avec l’aimant (si on a une épingle ou une aiguille, il suffit de la frotter avec l’aimant de la même manière).

 

Étape 3 – Réaliser la manipulation

Dépose le bouchon sur l’eau, pose le trombone ou l’aiguille sur le bouchon et observe ce qu’il se passe !

 

Observations : que voit-on ?

Dès qu’on lâche le bouchon sur l’eau, il se met à tourner doucement pour se maintenir dans une position.

 

Mise en garde : qu’est-ce qui pourrait faire rater l’expérience ?

Le trombone/aiguille/épingle doit être en métal, tu peux vérifier ton matériel auparavant en vérifiant qu’il réagit à l’aimant (sans que ça touche, mais que ce soit attiré).

Une seule partie du trombone/aiguille/épingle doit être magnétisé. Si les deux extrémités sont magnétisées grâce à l’aimant, alors cela ne fonctionnera pas. Il ne faut donc jamais remettre l’objet dans la boite après utilisation (aiguille, trombone, épingle)

Il faut également s’assurer qu’aucun objet qui produit un champ magnétique (au hasard, téléphone portable et autre appareil numérique)

ne se trouve à proximité de la boussole ainsi fabriquée.

 

Explications

En frottant le trombone avec l’aimant, l’aimant donne au trombone une particularité que l’on appelle le magnétisme. Cela permet aux objets dits “magnétiques”, d’indiquer la position d’objets tels que les aimants. Le trombone ainsi magnétisé indique le nord de notre planète !

On met le trombone avec le liège sur l’eau pour permettre au trombone de se déplacer librement.

 

Plus d’explications

La composition de la terre induit un courant magnétique qui se compose de deux pôles : un négatif et un positif. En frottant l’aiguille à l’aimant, on oriente le champ magnétique des électrons ferriques qui la composent. En constituant notre boussole, le côté positif, est attiré par le pôle négatif de notre Terre, qui se situe au pôle Nord de notre planète.

 

Applications : dans la vie de tous les jours

Pour nous repérer, on peut utiliser une boussole et une carte. La boussole pour savoir dans quel sens on est tourné et la carte pour nous repérer par rapport à des objets que l’on voit.

 

Éléments pédagogiques

Objectifs pédagogiques

Comprendre le fonctionnement d’une boussole

Introduire la notion de magnétisme terrestre

Magnétisme

Le magnétisme a été découvert il y a plus de 3 000 ans, mais on ne sait que vaguement le lieu.

Il y a quand même quelques lieux possibles de sa découverte:

• Amérique
• Chine
• Égypte
• Grèce.

Morceaux de métal attirés par le magnétisme, on voit les pôles nord et sud à chaque extrémité.

Définition

Le magnétisme est le nom donné à une des forces qui attire certains matériaux les uns vers les autres ou qui les repousse.

Ces forces apparaissent lorsque des charges électriques sont en mouvement :

• Elles apparaissent entre les courants électriques : Deux fils parallèles parcourus par des courants de même sens s’attirent.
• Elles sont aussi créées par des mouvements des électrons dans l’atome. En général ce magnétisme atomique n’est pas important sauf pour quelques métaux comme le fer ou le nickel ou pour des alliages qui contiennent l’un de ces métaux. On les appelle les matériaux ferromagnétiques

Les aimants permanents sont fabriqués avec ces matériaux ferromagnétiques. Dans ce cas, le magnétisme est dû aux électrons du métal, chargés négativement, qui, en tournant sur eux-mêmes, créent un champ magnétique élémentaire, comme le ferait une minuscule bobine (circuit en forme de bobine et traversé par un courant) dans les mêmes conditions. Dans un aimant permanent, tous les électrons tournent dans le même sens, de telle sorte que leurs champs s’additionnent ; mais si on le chauffe ou qu’on le soumet à un choc important, les électrons se placent dans n’importe quelle direction, et ses propriétés magnétiques disparaissent.

Pour obtenir des forces magnétiques très importantes, on fabrique des électroaimants. Ce sont des bobines de conducteurs autour d’une pièce (le noyau) en matière ferromagnétique. Pour obtenir des forces importantes, il faut que le courant qui traverse ces bobines soit aussi très important. Parfois, pour les accélérateurs de particules ou pour faire des IRM (Imagerie par résonance magnétique), on utilise des matériaux supra conducteurs.

Parfois ces forces peuvent provoquer des dégâts : Deux fils côte à côte, parcourus par des courants de sens opposé, se repoussent. Lorsqu’il y a un court-circuit, le courant qui traverse les câbles qui alimentent l’installation est très fort et comme le courant arrive par un des fils et revient par l’autre, les deux fils subissent des forces magnétiques et, parfois, ces forces sont si intenses que les fils sortent de la boite qui les contient.

Nous disons qu’il existe un champ magnétique en un point si un courant électrique, lorsqu’il y passe, est influencé par des forces dues à d’autres courants voisins. La Terre elle-même est entourée par un immense champ magnétique.