Comment ne pas renverser son café ?

9 05 2012

Tâche difficile que de transporter sa tasse pleine de café depuis la machine jusqu’à son bureau sans la faire déborder. Cette tendance au débordement ne semble en revanche jamais inquiéter les garçons de café. On peut alors se demander si il existe des techniques pour éviter de renverser son café ?

Il nous faut dans un premier temps comprendre pourquoi le café déborde de la tasse lorsqu’on le transporte. L’origine du problème est intrinsèque aux propriétés de la démarche humaine. Afin de marcher en ligne droite, un individu effectue une série complexe de mouvement. C’est la transmission de ces mouvements à la tasse qui agite la surface du café et tend à la faire déborder.

Deux chercheurs de l’université de Californie ont réalisés plusieurs expériences afin de caractériser cette agitation. Ils ont demandé à un individu d’adopter une vitesse de marche constante. L’individu accélère avant d’atteindre la vitesse souhaitée. Cette accélération en début de marche est transférée à la tasse et perturbe la surface du café. Il se trouve que plus la vitesse à atteindre est élevée, plus l’accélération initiale du marcheur est importante et plus le café sera mis en mouvement.

Par ailleurs, ces chercheurs ont montré que la fréquence des foulées du marcheur est proche de la fréquence naturelle d’oscillation d’un liquide peu visqueux dans un récipient cylindrique de la taille d’une tasse à café. Ainsi les mouvements du marcheur vont amplifier la perturbation initiale jusqu’à faire déborder le café de la tasse. Ce n’est pas tant le mouvement de gauche à droite de la tasse, ni celui d’avant en arrière qui amplifie les oscillations du liquide mais plutôt celui vertical.

Le mouvement de va-et-vient d’un liquide dans un contenant cylindrique lui même soumis à des oscillations est visible dans l’expérience suivante  :

Comme le montre l’image suivante, le ballotement de la surface liquide est identique dans le cas d’une tasse de café soumis aux mouvement de son porteur.

Pour résumer, l’accélération initiale du marcheur impulse une large déformation à la surface du liquide. Cette déformation sera ensuite entretenue et amplifiée par le mouvement qu’il transmet à la tasse.

Il existe une accélération critique à partir de laquelle le liquide déborde de la tasse. Si l’accélération initiale imposée par le marcheur à la tasse dépasse ce seuil, la tasse déborde immédiatement. Sinon c’est l’amplification du mouvement du café par les pas du marcheur qui va le faire déborder. Dans ce cas, il est naturel de se demander au bout de combien de pas le débordement du café va intervenir.

Le plus souvent, le café déborde au bout de 7 à 10 pas, soit environ 4 à 5 mètres. Ce nombre de pas avant débordement décroît lorsque l’accélération initiale augmente (c’est-à-dire si le marcheur cherche à aller plus vite) et lorsque le niveau de café augmente.

Un point intéressant est que le nombre de pas avant débordement dépend de l’attention du marcheur. Un individu qui ne prend pas garde à sa tasse la verra déborder plus rapidement qu’un autre qui y focalise son attention. Cependant il n’est pas encore clairement déterminé si cet effet est du à une modération de l’accélération du marcheur ou à un amortissement des vibrations au niveau due son poignet.

Pour conclure, il est nécessaire de ne pas courir avec sa tasse de café afin de ne pas transmettre au liquide une trop grande déformation initiale. Une allure modérée excite aussi plus faiblement la surface du liquide et retarde son débordement. Conformément à l’intuition, une tasse trop remplie sera plus facilement sujet au débordement. Enfin, la focalisation de l’attention du buveur de café sur sa tasse permet d’atténuer le mouvement qu’il lui transmet et donc d’éviter l’incident.

Cette étude nous a permis de s’intéresser aux caractéristiques de la marche humaine et de découvrir comment une surface liquide agitée peut se déformer. Ce dernier sujet est une problématique essentielle pour les constructeurs automobiles. En effet le comportement du carburant dans le réservoir des voitures est similaire à du café dans une tasse agitée et conditionne les performances du véhicule. Un exemple où le ballottement d’un liquide soumis à des vibrations doit être étudié en détail est celui du transport d’essence dans les tankers comme le montre la simulation suivante :

Sources :

H. C. Mayer and R. Krechetnikov, Walking with coffee : Why does it spill ? Phys. Rev. E 85, 046117 (2012). #

Huffington Post Science. #

Science Now. #


Actions

Information

2 responses

15 04 2014
Sirtin » Ne pas renverser son café en marchant, tout un art !

[…] Si vous n’avez pas envie de lire du texte scientifique en anglais, suffit de chercher sur un célèbre moteur de recherche pour trouver aisément la réponse comme cet article intéressant d’un blog de physique : Comment ne pas renverser son café ? […]

15 04 2014
Ne pas renverser son café en marchant, tout un art ! | Sirtin science

[…] Si vous n’avez pas envie de lire du texte scientifique en anglais, suffit de chercher sur un célèbre moteur de recherche pour trouver aisément la réponse comme cet article intéressant d’un blog de physique : Comment ne pas renverser son café ? […]

Laisser un commentaire

Entrez vos coordonnées ci-dessous ou cliquez sur une icône pour vous connecter:

Logo WordPress.com

Vous commentez à l'aide de votre compte WordPress.com. Déconnexion / Changer )

Image Twitter

Vous commentez à l'aide de votre compte Twitter. Déconnexion / Changer )

Photo Facebook

Vous commentez à l'aide de votre compte Facebook. Déconnexion / Changer )

Photo Google+

Vous commentez à l'aide de votre compte Google+. Déconnexion / Changer )

Connexion à %s




%d blogueurs aiment cette page :