Huit choses qui tournent au mépris du bon sens

Faites tourner un objet déséquilibré autour de son axe intermédiaire et il ne tournera pas proprement : il bascule d'un bout à l'autre, encore et encore, puis se rebascule. En 1985, un cosmonaute d'une station spatiale a mis un écrou à oreilles en rotation en apesanteur et l'a vu culbuter à un rythme régulier. La physique est assez solide pour avoir un nom, le théorème de l'axe intermédiaire, et pourtant la bascule donne l'impression que l'objet a changé d'avis.

Une toupie tippe-top est une toupie épaisse en forme de champignon qui fait une chose absurde : lancez-la vite et soudain elle se retourne et tourne en équilibre sur sa tige fine, élevant son propre centre de gravité au passage. La cause en est le frottement avec la table, qui la redresse en douceur. Le même effet fait passer un œuf dur de couché à tournant sur une pointe — et un œuf cru, avec son intérieur qui ballotte, n'y parvient jamais.

Faites tourner une pièce ou un disque lourd sur une table et écoutez : en se posant, le bourdonnement cliquetant monte plus aigu et plus vite, puis s'arrête avec une soudaineté saisissante. À mesure que le disque s'aplatit vers la table, son point de contact file de plus en plus vite autour du bord, atteignant en théorie une vitesse infinie en un temps fini. Une étude de 2000 a montré que cette 'singularité en temps fini' explique pourquoi la rotation semble mourir d'un coup plutôt que de s'éteindre.

Une boussole magnétique pointe vers le pôle magnétique et se laisse tromper par la coque en acier d'un navire. Un gyrocompas ignore totalement le magnétisme. Une lourde roue lancée à grande vitesse et libre d'osciller lentement aligne son axe sur la rotation même de la Terre et se fixe en pointant le nord géographique vrai. Les premières versions pratiques sont apparues vers 1908, et les navires de guerre en acier s'en servent depuis pour se diriger.

Une toupie lancée assez vite entre dans un état dit 'endormi' : elle se tient parfaitement droite et paraît totalement immobile, comme figée sur place. Ce n'est qu'à mesure que le frottement lui ôte de la vitesse qu'elle commence à pencher et à tracer de lents cercles — et plus étrange encore, elle tourne d'autant plus vite qu'elle pivote lentement, car cette dérive vacillante s'accélère à mesure que la rotation s'éteint, finissant dans le cliquetis familier.

Il y a plus d'un siècle, des ingénieurs ont construit des véhicules grandeur nature qui tenaient en équilibre sur un seul rail comme un funambule, maintenus droits par un gyroscope géant caché à l'intérieur. La gyro-voiture à deux roues d'un inventeur, présentée vers 1910, restait de niveau même quand des hommes montaient d'un côté. Le même procédé stabilisait les navires contre le roulis des vagues. Aucun ne s'est imposé — tous redoutaient ce qui arriverait si la roue venait à s'arrêter.

On nous répète tous qu'un vélo tient en équilibre parce que ses roues en rotation agissent comme des gyroscopes. C'est faux. En 2011, des chercheurs ont construit un vélo muni de roues supplémentaires tournant en sens inverse, annulant tout effet gyroscopique — et il s'équilibrait encore tout seul et roulait debout sans cycliste. La stabilité d'un vélo vient surtout de la disposition de sa direction et de son poids, non de la rotation des roues.