Expériences visant à montrer les effets de la pression : Expérience 2 : le ludion

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Anne-Claire Guertin
il y a 7 ans
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1 Expériences visant à montrer les effets de la pression : Expérience 2 : le ludion Objectifs de l expérience: - Continuer à présenter le phénomène des pressions. - Expliquer son lien avec le principe d Archimède. - Présenter ses applications dans le monde. Matériel nécessaire : - Gobelets plastiques. - Bouteilles plastiques remplie d eau (la moins rigide possible). - Un stylo ouvert uniquement aux deux extrémités, possédant un bouchon hermétique pour l une des deux extrémités et qui coule lorsqu il est entièrement rempli d eau. 1

2 Mode opératoire : Expérience préliminaire n 1 : On prend une bouteille vide que l on ferme, on essaye d appuyer le plus possible sur les parois. On recommence avec la même bouteille fermée remplie cette fois avec de l eau. Observations : Expérience préliminaire n 2 : On prend un gobelet plastique vide (rempli d air), on pose dessus une masse non négligeable (d une surface supérieure à celle du gobelet, un dictionnaire par exemple). Le gobelet ne supporte pas le poids. On recommence en remplissant complètement le gobelet avec de l eau (à ras bord), on constate que le gobelet ne s écrase pas. Donnez une explication : Conclusion principale : 2

3 Expérience du ludion : Remplir la bouteille d'eau à ras bord avec de l'eau. Enlever le bouchon du stylo puis insérer le stylo dans l eau jusqu aux ¾ (varie selon le stylo) puis reboucher le stylo et le lâcher. En principe s il y a la bonne quantité d eau dans le stylo, il reste à la surface. On bouche la bouteille, on appuie sur les parois et le stylo va descendre. On relâche les parois, il remonte. Explications : A l aide des observations des expériences préliminaires, deviner ce qui se passe lorsque l on appuie sur les parois de la bouteille (lorsqu on réduit le volume de la bouteille)? L eau ne se comprimant pas, il n y a que l air dans le stylo qui se comprime. Pression sur les parois 75% d eau et 25% d air 85% d eau et 15% d air 3

4 L air pèse environ 1.29 g par litre, l eau pèse 1 kg par litre (l eau est presque 800 fois plus lourde). Imaginons que le stylo contienne 10 ml, comparons la masse de ce qu il contient. Pour l eau : 75% de 10 ml -> 7.5 ml. 7.5 ml -> l l -> kg kg -> 7.5 g. Pour l air : 55% de 10 ml -> 2.5 ml. 2.5 ml -> l l -> kg kg -> g. Total : 7.5 g (c est l eau qui représente toute la masse) Pression sur les parois De la même manière, on trouve que le stylo contient 8.5 g d eau (et un tout petit peu d air) On voit que le stylo pèse plus lourd lorsque l on a appuyé sur les parois car il y a plus d eau à l intérieur. Quelle est la conséquence évidente? 4

5 La poussée d Archimède, qu est ce que c est? C est principalement une affaire de volume et de masse!!! Archimède s est rendu compte que si un objet flotte on non, ce n est ni à cause de sa masse ni à cause de son volume mais des deux ensemble. On comprend ça facilement si l on compare une balle de tennis et une boule de pétanque que l on jette dans l eau. La balle de tennis flotte alors que la boule de pétanque coule. Elles ont à peu près le même volume mais pas la même masse. Par contre, de gros bateaux très lourd flottent. Il y a donc bien un lien entre la masse ET le volume. Ce lien, c est l eau qui nous le donne. Archimède s en rendu compte que pour qu un objet flotte, il faut que le volume de l objet qui est dans l eau soit plus lourd que ce même volume rempli d eau. Exemple avec une boule occupant un volume d un litre, on sait maintenant qu un litre d eau pèse 1 kg. Donc, si cette boule pèse plus de 1Kg, elle coule. Si elle pèse moins de 1kg, elle flotte. Dans notre expérience, le stylo pesait moins lourd que l eau mais en comprimant l air, et donc en le remplissant un peu plus d eau, il est devenu plus lourd que l eau. Plus léger Le stylo flotte Plus lourd Le stylo coule Masse du «volume du stylo» s il était «tout en eau». Application avec les sous-marins : Dans un sous-marin, il y a ce qu on appelle des ballasts, ce sont de gros réservoirs. Lorsque l on veut que le sous-marin descende dans la mer, on remplit les ballasts avec de l eau, le sous marin devient alors de plus en plus lourd et se met à «couler». Lorsque l on veut qu il remonte, on utilise de l air comprimé stocké dans le sous-marin que l on relâche dans les ballasts. Les ballasts se remplissent d air et l eau est évacuée à l extérieur. Le sousmarin devient plus léger et remonte. Il est possible de comprimer à nouveau l air (avec des pompes) pour que les ballasts se remplissent d eau et que le sous marin redescende. 5

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