Levitron: lévitation d'une toupie

Une toupie flottante faite à partir d'objets du quotidien
Auteur: David Zuliani, Udine, Italie
Une toupie magnétique est un jouet captivant qui relie plusieurs principes physiques. Elles sont déjà disponibles depuis de nombreuses années dans les commerces, j'en ai toujours été fasciné. J'ai cherché en vain des manuels de construction sur internet. Pour cela, je mets ici mes propres instructions comme pdf à disposition. Supermagnete.fr publie ci-après une version raccourcie.
Vous trouvez ici une vidéo d'un client qui a réussi à reconstruire avec nos aimants cette toupie magnétique. Il confirme cependant que ce n'était pas une tâche facile et qu'il lui fallait plusieurs tentatives jusqu'à ce que la toupie ait flotté de manière stable.
J'ai essayé d'utiliser du matériel recyclé ou à faible coût - seulement les aimants ne représentent pas des objets du quotidien.

Matériel nécessaire :

Pour la toupie :
  • 1 anneau magnétique R-27-16-05-N
  • 1 gros bouchon de champagne
  • 1 vis plastique
  • du papier émeri
  • 1 bâton colle pour papier
  • du ruban adhésif
  • plusieurs disques en laiton et plastique de différents diamètres (mais pas plus que 27 mm = diamètre de l'aimant)
Pour la base :
  • 1 aimant de base rond en ferrite (dans mon cas provenant d'un vieux haut-parleur)
  • de petites cales (par exemple des morceaux de bois plats)
  • 1 boîte à chaussures
  • 10 pochettes de CD (vides)
Note de l'équipe de supermagnete : Si vous ne disposez pas d'un vieux haut-parleur, vous pouvez l'essayer avec notre anneau en ferrite FE-R-100-60-20 qui a une taille comparable. Selon le retour de certains clients, dans ce cas, la toupie devrait être plus lourde que dans l'expérience présentée. Malheureusement, nous ne sommes pas en mesure d'en donner plus de détails mais espérons que vous arriverez avec suffisamment de doigté et de patience à faire léviter la toupie.

Outils nécessaires :

  • cutter
  • foret à bois 5,5 mm
  • petite scie à métaux
  • feutre ou porte-mine
  • compas (utile mais pas indispensable)
  • microbalance (utile mais pas indispensable)
  • Dremel (utile mais pas indispensable)
  • niveau à bulle (utile mais pas indispensable)

Réalisation de la toupie :

1. Découper un morceau de 5 mm du bouchon à l'aide du cutter.
2. Poser l'anneau magnétique sur le bouchon, tracer le diamètre intérieur et marquer le centre à l'aide du feutre ou du porte-mine (un compas pourrait être utile).
3. Percer le centre du bouchon à la main avec le foret à bois.
4. Découper le bouchon avec le cutter en suivant le cercle tracé. Le morceau du bouchon ne devrait pas pesé plus de 0,4 grammes.
5. Avec le bâton à colle, coller le disque de liège et l'anneau magnétique ensemble.
6. A l'aide de la scie, découper la vis plastique à environ 40 mm de longueur.
7. Scier également la tête de la vis.
8. Réaliser quelques entailles sur la vis plastique (également avec la scie ou bien avec le Dremel).
9. Arrondir le bout de la vis avec le papier émeri. Ce bout sera la pointe de la toupie.
10. Peser la vis. Elle devrait faire environ 0,7 grammes. Raccourcir la vis si nécessaire.
11. Insérer la vis dans le disque en liège en la tournant doucement.
12. Peser la toupie finie. Elle devrait faire environ 15 grammes.
Le poids de la toupie est très important pour le bon fonctionnement de l'ensemble. Il doit être adapté à l'épaisseur de la base ronde. Si la toupie est trop légère, vous pouvez l'alourdir en y collant des disques en plastique ou en laiton.
Dimensions de la toupie finie
Dimensions de la toupie finie

Réalisation de la base :

1. Démonter doucement l'aimant en ferrite de l'ancien haut-parleur, retirer toutes les vis. Il faudra éventuellement enlever des morceaux métalliques soudés. Alternative : Acheter un anneau magnétique en ferrite directement chez supermagnete.fr (voir note ci-dessus).
2. Préparer une surface la plus plane possible (vérifier éventuellement avec le niveau à bulle).
3. Poser la boîte à chaussures sur les pochettes de CD (5 de chaque côté).
4. Placer l'aimant en ferrite en dessous du carton.

Conseils pour la lévitation :

Si vous déplacez la toupie magnétique dans la boîte, vous sentirez à un endroit la force des deux champs magnétiques combinés. La toupie tentera de déraper vers le côté. Tenez-la bien et faites-la avancer lentement jusqu'à ce qu'elle soit attirée légèrement par la base. C'est l'endroit idéal pour démarrer la toupie. Lancez-la énergiquement.
La lévitation demande du doigté et de l'envie d'expérimenter. Quatre facteurs perturbateurs peuvent apparaître qu'il faudra alors éliminer de la façon suivante :
  • La toupie ne démarre pas du tout : Les deux aimants sont trop près l'un de l'autre ; la boîte doit être soulevée un peu plus.
  • La toupie ne se soulève pas du tout : Les deux aimants sont trop loin l'un de l'autre ; il faut alors légèrement baisser la boîte.
  • La toupie ne se soulève pas et se tourne vers le côté  La base en ferrite n'est pas complètement droite ; il faut insérer de petites cales en dessous de la base pour la rééquilibrer.
  • La toupie se soulève, mais glisse ensuite vers le côté et tombe : La toupie est trop légère ; il faut fixer des disque supplémentaires en plastique ou en laiton avec du ruban adhésif ou de la colle (voir image ci-après).
Ces points sont très bien illustrés dans la vidéo Youtube de David.
Une fois que la toupie tourne vraiment bien, enlevez lentement la boîte en carton sans toucher la toupie. Avec un peu de chance, la toupie peut léviter plus d'une minute, comme le prouve la vidéo (en haut de la page) !

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