Expériences de physique/Un aimant tombe dans un tube métallique

À compléter par des images, photos et schémas, y compris à main levée, et si possible des vidéos de l'expérience, avec et sans commentaire, à regarder dans le navigateur et à télécharger, si possible dans un format ouvert comme matroska

Matériel

deux petits aimants longilignes, par exemple d'une boîte de construction avec des billes et des aimants (référence nécessaire comme exemple pour trouver facilement le matériel) ;
un tube de conduite d'eau en cuivre ou aluminium de section 1 cm environ (permettant le passage de l'aimant) et de 1 m de long ou plus (disponible dans beaucoup de grandes surfaces et magasins de bricolage).

Procédé expérimental

saisir d'une main une des aimants et juste en dessous de lui le tube, et de l'autre le second aimant ;
les maintenir à la même hauteur ;
lâcher les 2 aimants en même temps ;
observer la chute des aimants (l'un dans le tube, l'autre en dehors).

Observations et réflexions

Que pouvons nous observer ? (qu'est-ce qui est flagrant ?)
Qu'est-ce qui distingue les 2 expériences ? (la chute de chacun des aimants est une expérience en soit)
Que pourrait-il donc bien se passer ? (pourquoi cela se passe-t-il donc comme ça ?)

Bases d'explications

Après quelques temps d'émerveillement et d'interrogation personnelle, l'observateur peut recevoir les éléments d'explication et information suivants par exemple. Le temps de questionnement personnel (quelques minutes au maximum) est fondamental, pour éveiller l'intérêt et mettre en œuvre la recherche personnelle, essentielle, mais la discussion et l'explication consécutives ne devraient pas trop tarder pour ne pas laisser de mauvaises interprétations ni la frustration s'installer. la discussion entre l'expérimentateur et l'observateur est aussi essentielle. Le premier doit susciter et soutenir l'intérêt du second.

on observe que les 2 aimants mettent un temps significativement différent pour arriver au sol ;
lors de la chute, l'aimant dans le tube met beaucoup plus de temps que l'autre à arriver au sol ; (combien plus ?)
en tombant, l'aimant crée autour de lui un champ magnétique qui varie. Celui-ci, en variant, crée dans le tube, un courant électrique induit (on parle de courant de Foucault) ;
ce courant électrique crée un champ magnétique induit qui s'oppose aux variations du champ initial (on parle de loi de Faraday-Lenz) ;
ce champ magnétique s'oppose au premier et crée une force sur l'aimant qui s'oppose au poids et ralentit la chute.

Adaptations et compléments

Pour chaque modification, qui demande parfois de la préparation et/ou du matériel spécifique (par exemple d'autres tubes), de nouvelles observations sont possibles, de nouvelles questions se posent.

Comment varie le temps de chute avec des tubes de longueurs différentes ? (observer sans mesurer est bien, mais moins bien que de faire effectivement les mesures avec un chronomètre, par exemple celui du téléphone ou de la montre). Comparer et porter en graphe les temps en fonction des longueurs de tube.
Que se passe-t-il si le tube est coupé dans le sens de son axe de symétrie par une petite fente ? (il faut - difficile à faire - préparer un second tube et couper celui-ci sur toute la longueur dans le sens de l'axe du tube selon une génératrice). Observer et discuter.