Un cadre carré ABCD de coté a est est constitué par N spires d'un fil conducteur de masse linéaire λ.
Ce cadre est mobile autour d'un axe horizontal contenant le coté AB. Le cadre est parcouru par un courant I.
Le cadre est placé dans un champ d'induction B uniforme et vertical.
De la relation dF = I. dl ∧B on déduit que la force de Laplace exercée sur chaque coté du cadre a pour module F = N.I.a.B.
Le poids du cadre est P = 4.N.a.g.
Le moment de la force exercée sur AB est nul car AB est confondu avec l'axe de rotation du cadre. Les moments des forces exercées sur les cotés AC et BD sont nuls car les forces sont parallèles à l'axe de rotation. Finalement le cadre est soumis aux moments du poids du cadre qui s'applique au centre de gravité du cadre situé en son centre (virtuel) et de la force horizontale F = N.I.a.B qui s'exerce au milieu du coté CD.
La condition d'équilibre du cadre s'écrit 2.F.cosα − P.sinα = 0.
L'angle α du cadre avec la verticale est donné par tg α = F / 2P = I.B / 2.λ.g.
On peut noter que la valeur de α = dépend ni de a ni de N.
En toute rigueur α peut prendre pour valeurs α0 et α0 + π. Seule la première solution correspond à un équilibre stable.
Valeur utilisée λ = 5.10−4 kg.m−1