Lévitron-2016

## Problème original posé en Septembre 2016

La lévitation magnétique à l'aide d'aimants en configuration répulsive n'est pas stable. Pourtant le LEVITRON lévite !

mémoire des olympiades de physique

On propose de réaliser l'expérience de lévitation et de la caractériser afin d'expliquer son principe le mieux possible. L'an dernier une première maquette a été réalisée et a permis de mettre en évidence qu'un champ magnétique appliqué à la bonne fréquence permet d'entretenir le mouvement (on passe d'une lévitation pendant 1 à 2 minutes à une lévitation qui dure plus d'une heure).

Photo de la Maquette 2015 :

Cette année on voudrait pouvoir répondre à certaines de ces questions :

Peut on expliquer pourquoi la toupie lévite aussi haut ? (Bilan des forces)

Quelle valeur de champ magnétique minimum est nécessaire pour entretenir le mouvement ? Est ce qu'une seule bobine est suffisante ?

Est ce que la fréquence du champ magnétique correspond à la fréquence de rotation de la toupie ?

Peut on accélérer la toupie en augmentant doucement la fréquence du champ ?

L'expérience montre que la toupie a plusieurs mouvements simultanés (rotation sur elle même, précession, nutation, translations verticales horizontales ... Est il possible de suivre plusieurs de ces fréquences en direct (avec un capteur, plusieurs capteurs ?)

## Mots clés

Champ magnétique, Force magnétique,
Lévitation, Gyroscope, Toupie, Mouvement de Précession, Mouvement
de Nutation, Diode électroluminescente, Photorésistance, Photodiode

Bobines de Helmholtz

## Suggestions

Caractériser les élements (bobines de champ, LED, photodétecteur, capteur magnétique).
A terme, dupliquer les bobines du lycée, en bobinant des bobines dédiées.
Définir les caractéristiques de l'alimentation nécessaire pour le champ afin de la faire fabriquer.
Etudier l'impact de la lumière ambiante, idéalement le système fonctionne au soleil, dans l'obscurité, avec/sans néons.
Réfléchir aux différentes façons de mesurer la rotation de la toupie (optiquement (transmission/ en réflexion, magnétiquement ...). Où placer le(s) capteur(s) ?

## Visite du 20 Septembre 2016

Matériel apporté :

* Chassis en bois (toupie, porte-bobine, boite pour Arduino)
* un Lévitron commercial
* des rondelles pour alourdir la toupie
* article sur le principe du Lévitron
* une LED haute intensité (bleue?) avec deux fils pour connection Arduino
* un Arduino ? dans le boitier . Un afficheur deux lignes (pour Arduino).
* Une plaque de cablage ?

La toupie lévite.

En parallèle, réfléchissez au montage des bobines (celles du lycée en premier) et à la future détection de la vitesse de rotation.

Pour les bobines :

une courbe courant (A) – tension aux bornes (Volt) sera nécessaire (précisez comment vous mesurez la tension aux bornes, le courant qui parcourt la bobine ?).

une courbe Champ au centre (mTesla) en fonction du courant bobine (A)

une courbe champ (mTesla) sur l'axe de la bobine en fonction de la distance pour un courant fixé

Une courbe courant (A) – fréquence lorsque la bobine est alimentée en tension sinusoïdale
OU Une courbe tension (V) – fréquence lorsque la bobine est alimentée en courant sinusoïdal

Pour la détection :

caractérisation des émetteurs (LED graphe I-V) et capteurs (tension en fonction de l'intensité de lumière, bruit, stabilité , effet de la lumière ambiante si capteur optique)

## Cahier des charges

Matériel disponible à L'EPA :

A vérifier : générateur basse fréquence, source courant, LED, capteurs ?

Matériel à trouver/acheter/Institut Néel ? :

Besoins ?

Commande en cours : Rien pour le moment

## Tests - mesures

Caractéristiques des appareils, LED, capteurs ...