search

Accueil > Ressources Et Actualités > Divers > Comment distinguer une raquette de tennis d’un stylo bille ?

Comment distinguer une raquette de tennis d’un stylo bille ?

vendredi 12 avril 2019, par Florian Robinet

Cette question est sans y paraître une invitation à une petite promenade en skate-board à la recherche du fameux ordinateur quantique....

Les quelques expériences qui suivent permettent de se distraire à moindre coût, puisqu’elles ne nécessitent que peu de matériel : un stylo-bille, une raquette, un skate-board, et quelques atomes.
Le port d’un casque peut toutefois être recommandé pour réaliser certaines d’entre elles.

Le cas du stylo bille (expérience la moins dangereuse)

Supposons un stylo bille, dont on peut repérer l’orientation grâce à l’attache de son capuchon. Tenons ce stylo par l’extrémité libre, et attache orientée vers la gauche. Lançons ce stylo bille en l’air de sorte à ce qu’il effectue un tour complet (autour de l’axe y sur la figure : il s’agit de l’axe intermédiaire d’inertie).

Vous serez certainement amusé de constater en rattrapant le stylo que son attache est orientée vers… la gauche.

Le cas de la raquette de tennis

Supposons à présent une raquette de tennis dont une face est blanche et l’autre rouge. Tenons cette raquette face blanche vers le haut et lançons là en l’air, tamis parallèle au sol, de sorte à ce qu’elle effectue un tour complet (toujours autour de l’axe y sur la figure)….

Si vous êtes suffisamment habile pour rattraper la raquette par son manche, vous vous apercevrez que quasi-systématiquement la face blanche se retrouve orientée vers... le bas !

Cet « effet de la raquette de tennis » plus connu sous le nom d’ « effet Djanibekov » (astronaute russe qui, en 1986, a montré cet effet en apesanteur) en plus d’être surprenant, se manifeste lors de « presque » chaque lancer de raquette.

Avec quels objets cet effet peut-il se produire ?

Bien qu’il s’agisse d’un problème de mécanique classique, ce célèbre effet est semble t-il rarement abordé dans les livres de physique courants, et surtout, aucun outil mathématique ne permettait de prévoir simplement les objets « concernés » par cet effet.
Des chercheurs de l’Université de Bourgogne ont heureusement remédié à cette carence en proposant une formule relativement simple permettant de prévoir à partir de trois paramètres seulement les objets pour lesquels cet effet se manifeste « à coup sûr » : le retournement d’un objet lors d’une rotation autour de son axe intermédiaire d’inertie ne s’observe que lorsque l’objet en question est très asymétrique.
Cette asymétrie peut être caractérisée par le calcul de deux des trois paramètres qui dépendent directement des valeurs des moments d’inertie de l’objet, et le troisième paramètre reflète les conditions initiales.

Le cas du skate-board (cette partie est réservée aux plus téméraires)

Supposons maintenant un skate-board avec lequel vous souhaitez réaliser un Monster Flip, c’est à dire un tour complet autour de l’axe y.

D’après ce qui précède, cette figure devrait être pratiquement impossible, puisque les valeurs des deux premiers paramètres reflétant l’asymétrie du skate-board indiquent qu’après un tour complet sans toucher le sol, le skate-board doit, à l’image de la raquette, subir un retournement et retomber avec les roues vers le haut.
Et pourtant, cette figure est réalisée par plusieurs skateurs émérites. Comment cela est-il possible ?
Il semblerait que ceux qui réalisent cette figure sans empêcher la rotation de la planche avec un de leur pied réussissent à influer sur le troisième paramètre, qui lorsqu’il a la « bonne » valeur permet de contre-balancer les effets dus à l’asymétrie, permettant ainsi au skate de retomber sur ses roues.
De nombreuses chutes sont certainement occasionnées par une mauvaise valeur de ce paramètre. L’effet gyroscopique des roues faciliterait également une stabilisation (faible) de la planche.

Le cas des atomes.

Supposons enfin que vous souhaitiez manipuler un spin quantique.
Après quelques cascades, les chercheurs se sont demandés si cet effet s’appliquait à l’échelle des objets gouvernés par la mécanique quantique.
Il se trouve qu’en utilisant l’analogie mathématique entre la rotation d’un objet rigide et le contrôle d’un spin quantique par des champs électromagnétiques, ils ont pu montrer théoriquement et expérimentalement que l’effet de la raquette de tennis quantique permet de piloter l’orientation d’un spin avec une robustesse comparable à celle du retournement d’une raquette lancée en l’air.
Or le contrôle de l’orientation d’un spin est un des éléments de base de la fabrication d’un ordinateur quantique….
Pensez-y la prochaine fois que vous jouerez au tennis !

file_download Article original de M. SUGNY