Du premier coup d’œil, on sait reconnaître une toupie. Un large corps, une pointe à une extrémité et éventuellement une tige à l’autre extrémité. Pourtant, il existe de nombreuses formes de toupies.
Quelles est l’influence de la forme de la toupie sur sa rotation ? Quelle forme doit avoir une toupie pour tourner plus longtemps ? Qu’est-ce qui freine la toupie ?
Le corps de la toupie
Pourquoi les toupies ont un corps bombé ?
La forme de la toupie détermine sa capacité à tourner longtemps. On dit que la forme doit créer un grand moment d’inertie par rapport à l’axe. Cela signifie que les masses doivent être réparties loin de l’axe. C’est pour cela que la plupart des toupies ont un corps bombé entre la pointe et la tige.
Forme équilibrée d’une toupie
Par ailleurs, les masses de la toupie ne doivent pas être trop hautes par rapport au sol. Autrement, la toupie est déséquilibrée. Elle a tendance à chuter. Lorsque les masses sont basses, on dit que la toupie colle au sol en tournant.
En résumé, plus le corps est large, bas et lourd, plus la toupie tourne longtemps.
La pointe de la toupie
Les avantages d’une pointe pointue
Lorsqu’une toupie tourne, la pointe de la toupie est le seul point en contact avec le sol. En rotation, la pointe frotte sur le sol. Ces frottements sont appelés force de frottement. En frottant, la pointe freine et ralentit la toupie.
Il existe des pointes de toupie pointues et des pointes arrondies. Plus la pointe est arrondie et plus il y a de surface en contact avec le sol. Et donc, plus il y a de frottements. Plus il y a de frottements et plus la toupie freine.
Autrement dit, pour qu’une toupie tourne longtemps, sa pointe doit être pointue!
Alors pourquoi faire des toupies à pointe arrondie ?
Une toupie à pointe pointue tourne sur place. Au contraire, une toupie avec une pointe arrondie a tendance à se déplacer d’elle-même au sol.
Pour plus d’effet, on peut s’amuser à incliner le support sur lequel elle tourne. Dans ce cas, la toupie à pointe arrondie suivra le mouvement. Cette même expérience ne sera pas aussi concluante avec une toupie à pointe pointue.
C’est pour cette raison que dans les jeux où les toupies doivent se déplacer, les pointes sont arrondies. Au contraire, si l’on souhaite que la toupie demeure en un point fixe, son extrémité doit être pointue.
La tige de la toupie
A quoi sert la tige d’une toupie ?
Une toupie n’a pas forcément de tige. La tige est un élément rajouté à la toupie. C’est un moyen parmi d’autres de lancer la toupie pour la faire tourner!
Prenons une toupie avec une tige. Le mouvement de rotation est transmis à la toupie au niveau de la tige. On peut faire rouler la tige entre deux doigts, entre les paumes des mains ou encore, au moyen d’un lanceur.
La taille de la tige est adaptée aux doigts, aux paumes ou aux lanceurs. La tige est petite lorsque la toupie est lancée avec les doigts. Au contraire, elle est grande lorsque la toupie est lancée avec les paumes.
Pourquoi certaines toupies n’ont pas de tige ?
Une toupie sans tige ou avec une petite tige, tourne mieux. En effet, la tige a tendance à déséquilibrer la toupie. Elle éloigne le centre de gravité de la toupie du sol.
Il est important que la tige ne soit pas disproportionnée par rapport au corps de la toupie. Une toupie avec une grande tige et un petit corps ne tournera pas longtemps. Si on regarde attentivement ce type de toupie, on peut voir que la tige en rotation forme un large cône autour de l’axe vertical. On dit que la toupie danse.
En résumé, la tige est nécessaire pour lancer la toupie. Cependant, plus elle est petite et moins la toupie est gênée dans sa rotation.