Ce dont vous aurez besoin :

1. Quatre longues bandes de papier cartonné et coloré (recommandation : un grammage de 250 g/m² et des bandes de papier de 40, 50, 60 et 70 cm de long)
2. Une feuille de carton (ou d'un autre matériel lisse et rigide)
3. Du scotch (suffisamment robuste pour tenir les anneaux quand ils oscillent.)
4. Des ciseaux
5. Un mètre ruban

Pour aller plus loin :

La résonance, c'est choisir la bonne fréquence pour fournir de l'énergie à un système physique de façon à amplifier l'énergie qui s'y trouve déjà. [1] L'exemple de résonance le plus commun est celui de la balançoire. Une balançoire est caractérisée par sa fréquence de résonance : si on pousse la balançoire avec un tempo qui correspond à cette fréquence spécifique, elle ira de plus en plus haut. Mais si on la pousse avec un tempo plus rapide ou plus lent, on ne verra pas ce phénomène d'amplification du balancement. On explique ce phénomène par le fait que l'énergie absorbée par la balançoire est maximisée quand le rythme de la poussée coïncide avec les oscillations naturelles de la balançoire. [2]

L'entrée en résonance ne peut survenir que dans un système physique qui est capable de stocker deux ou plus types d'énergie ; par exemple, dans le cas de la balançoire, l'énergie cinétique devient énergie potentielle de gravité et vice-versa. Pour nos anneaux, la transformation d'énergie a lieu entre de l'énergie cinétique et de l'énergie potentielle élastique : les anneaux sont mis en mouvement, ce qui les déforme; cependant, comme ils ont une certaine rigidité, ils résistent un peu à cette déformation pour revenir à leur état d'équilibre. Si on fait bouger un anneau à une fréquence proche de sa fréquence de résonance, l'amplitude d'oscillation de cet anneau-là augmentera. Comme les anneaux ont tous une fréquence de résonance différente, on a alors l'impression qu'un seul d'entre s'agite tandis que les autres restent immobiles, de la même façon qu'un tremblement de terre cause l'effondrement de certaines structures alors que d'autres semblent rester intactes. [3,4]

La résonance est un phénomène qu'on exploite dans les cavités radiofréquence du LHC. [5] Ces cavités sont des chambres creuses ellipsoïdales en cuivre recouvertes par un mince film de niobium supraconducteur. À l'intérieur de la cavité sont produites des ondes éléctromagnétiques stationnaires, qui oscillent à une fréquence fixée de 400,8 MHz. La forme de la cavité est soigneusement élaborée de façon à ce qu'à cette fréquence précise, chaque oscillation d'une onde amplifie l'énergie déjà présente. Autrement dit, les cavités sont conçues pour entrer en résonance à 400,8 MHz, et ainsi augmenter l'amplitude des ondes éléctromagnétiques. La résonance est possible parce qu'il y a constamment dans la cavité des transformations d'énergie électrique en énergie magnétique et vice-versa, exactement comme dans les circuits LC étudiés en début de cursus universitaire. [6,7] Par conséquent, un champ électrique puissant est généré à l'intérieur de la cavité, ainsi qu'un champ magnétique puissant plus proche de la surface. Ce dernier n'est pas exploité; le champ électrique, en revanche, est crucial au fonctionnement du LHC, puisque c'est lui qui accélère les particules éléctriquement chargées quand elles sont injectées dans l'accélérateur.

Liens supplémentaires :

• [1] Steve Mould, A better description of resonance, YouTube (2017).
• [2] Wikipedia, Resonance.
• [3] Science Buddies & Megan Arnett, Ring on the Resonance!, Scientific American, Bring Science Home series (2016).
• [4] Exploratorium Science Snacks, Resonant Rings.
• [5] Home.cern, Accelerating: Radiofrequency cavities.
• [6] Wikipedia, Cavity resonator.
• [7] Wikipedia, LC circuit.