Dans cette partie nous allons nous intéresser au mouvement verticale de notre goutte de Leidenfrost. Pour cela nous allons déposer notre goutte sur la plaque de cuivre, sans vitesse initiale. Nous allons ensuite amener un aimant au-dessus d'elle puis le descendre en direction de la goutte. Nous allons nous intéresser à la hauteur critique pour laquelle la force magnétique prend le dessus sur la gravité. Cette distance va correspondre à la distance de décollage de la goutte vers l'aimant. Pour déterminer cette hauteur, nous allons à nouveau utiliser le logiciel ImageJ.

Observations

Nous pouvons observer sur la vidéo suivante qu'il existe une hauteur pour laquelle la goutte décolle de la plaque et est piégée par l'aimant. Sur la vidéo on peut observer la goutte venant se coller sur 3 plaques de verre. Les plaques de verres sont présentes pour que la goutte ne soit pas en contact direct avec l'aimant. Si cela avait été le cas, le champ magnétique aurait écrasé la goutte. De manière expérimentale, cette distance va dépendre de la taille de la goutte. En effet plus la goutte sera grosse plus la distance entre l'aimant et la goutte sera petite pour observer un décollage.

Énergie potentielle totale de la goutte

Le critère qui va déterminer cette hauteur est l'énergie potentielle totale de la goutte. Cette énergie potentielle de la goutte va prendre en compte l'action de la gravité ainsi que l'action de l'aimant sur la goutte :

Grâce à cette formule nous allons tracer l'énergie potentielle totale de la goutte en fonction de la distance entre l'aimant et la goutte. Nous avons fait cela pour chaque aimant à notre disposition. Les aimants 1 à 4 ont des hauteurs et diamètres, en millimètre, respectifs de 8.47-5, 1-1, 1-5 et 10-10.

On constate que pour chaque géométrie d'aimant l'énergie potentielle présente un maximum. On note z_c distance correspondante, qu'on a pu déterminer graphiquement :

Pour z = z_c , la force magnétique est égale à la force de gravité.

Pour z > z_c , c'est la gravité qui domine.

Pour z < z_c , c'est la force magnétique qui prend le dessus, on s'attend donc au décollage de la goutte.

Comparaison entre les valeurs théoriques et expérimentales

Nous allons chercher à tester les prédictions pour le piégeage vertical et donc déterminer expérimentalement z_c pour chaque aimant. Dans un premier temps, l'aimant est éloigné pour que la gravité de la goutte domine sur le champ magnétique. Puis on approche l'aimant jusqu'à observer le décollage de la goutte : ce qui nous permet de mesurer expérimentalement z_c. Nous avons réalisé plusieurs mesures, pour les différents aimants, ce qui nous permet de trouver une valeur moyenne ainsi que son incertitude. Ces valeurs sont représentées dans le graphique précédent où nous les comparons avec les valeurs théoriques. Nous pouvons observer que pour tous les aimants nos résultats expérimentaux coïncident avec les résultats attendus. Il existe donc une distance critique pour laquelle l'énergie magnétique est plus grande que l'énergie potentielle de pesanteur. On peut remarquer que cette distance va dépendre de la géométrie de l'aimant. Nous avons donc un modèle qui permet de prévoir la hauteur critique pour tout aimant cylindrique avec comme paramètre la hauteur et le rayon.