05/06/2015 - Par Jack Guichard, Professeur des Universités Des expériences pour animer vos repas entre amis Vous allez surprendre vos amis avec ces expériences plus étonnantes les unes que les autres : retournez votre verre de vin sans en perdre une goutte, mettez une olive en lévitation ou tordez leurs couteaux Autant de tours renversants à découvrir dans ce dossier. Page 1/7 - Des expériences pour animer vos repas entre amis Vous êtes réunis pour un repas entre amis, une musique douce vous accompagne La soirée démarre bien, mais comment la rendre unique? En jouant avec les lois de la physique pour donner du piment à votre repas! Avec Jack Guichard, professeur des universités, découvrez comment réaliser de nombreuses expériences avec un matériel réduit et que tout le monde a chez soi : couteau, verre à vin, miroir Il est possible de réalisez d étonnantes expériences avec les objets de la table lors d'un repas entre amis. kreg.steppe, Flickr, CC by-nc-sa 2.0 Frottements, illusions d optique, ou encore lévitation : pour effectuer ces expériences de physique, l auteur vous donne le matériel, la manière de les préparer et quelques explications à partager avec vos proches pour aller audelà des expériences. Découvrez également plus d expériences de chimie et de physique grâce au livre de Jack Guichard et Guy Simonin, 50 expériences pour épater vos amis à table, à retrouver en dernière page de ce dossier. Page 1 / 16
Page 2/7 - L'expérience du couteau tordu Voulez-vous montrer votre force surhumaine à vos amis? Voire vous transformer en magicien? Alors soyez celui qui tord les couteaux en un clin d'œil grâce à la réfraction de la lumière... Matériel à prévoir un saladier ; un couteau ; de l eau. Durée : 1 minute. Le couteau semble plié, mais il ne s agit que d une illusion d optique. Le Pommier Trucs pour ne pas rater l expérience Prenez un saladier cylindrique assez large et un couteau bien droit pour éviter de multiplier les effets de courbure. Observez en prenant un peu de recul. Pour mieux observer le phénomène, évitez que le manche repose sur les bords du récipient. L angle d observation est important pour bien le voir. Comment faire l expérience? Il est plus facile de courber un couteau avec cette expérience qu en usant de ses biceps Le Pommier Page 2 / 16
Comment ça marche? Il suffit de sortir le couteau pour vérifier qu il n est pas tordu. Alors, que s est-il passé? Simplement un effet d optique dû à la déviation de la lumière au moment où elle traverse la surface entre l eau et l air. En savoir plus sur la réfraction de la lumière La lumière se déplace en ligne droite, mais si elle passe d un milieu à un autre, elle peut changer de direction : c est la réfraction. Ce phénomène dépend à la fois de l angle d incidence, c est-à-dire l angle des rayons lumineux par rapport à la surface air-eau, et des indices de réfraction n des deux milieux : air (n = 1) et eau (n = 1,33). Cet indice de réfraction dépend de la vitesse de la lumière dans le milieu concerné. Ainsi, dans l eau, la vitesse de la lumière n est que de 225.000 km/s, les trois quarts de celle que l on observe dans l air (300.000 km/s). Les rayons lumineux qui proviennent de la partie émergée du couteau arrivent en ligne droite vers notre rétine. La cassure apparente d un objet dans l eau s explique par le phénomène de réfraction de la lumière. Le Pommier Ceux qui proviennent de la partie immergée n arrivent pas en ligne droite (trajet le plus court en distance), mais par le trajet le plus court en durée : comme la lumière est ralentie dans l eau, le trajet plus court en durée va sortir de l eau plus tôt que si elle suivait la ligne droite, quitte à faire ensuite un trajet dans l air un peu plus long, mais plus rapide! On voit alors la partie immergée à une position différente de celle qu elle occupe réellement, donc pas dans l axe de la partie émergée : c est pourquoi le couteau nous paraît tordu. Où observer ce phénomène? Tromper le pêcheur. Quand un pêcheur voit un poisson dans l eau, le poisson semble plus près de la surface qu il ne l est en réalité. L œil interprète l image perçue comme si les rayons étaient en ligne droite. Les mirages. Ce phénomène de réfraction se produit aussi lorsque les rayons lumineux passent d une zone d air chaud à une zone d air froid ou inversement. Ainsi, en plein désert, les rayons lumineux venant du ciel peuvent être déviés en traversant une couche d air très chaud près du sol : on croit voir une mare d eau sur le sol. Page 3 / 16
La déviation des rayons lumineux du ciel très près du sol peut donner à un spectateur l impression d une flaque d eau à terre, ou de voir un paysage lointain flotter au-dessus du sol. Le Pommier Ce phénomène existe aussi pour une couche d air plus froide au niveau du sol : les rayons sont alors déviés dans l autre sens, ce qui donne l impression de voir surélevé ce qui est au sol. Ainsi, sur la côte vendéenne, certains jours, on peut voir l île de Ré qu on ne voit pas d ordinaire, car comme elle est située à 40 km, elle est normalement cachée par la courbure du globe terrestre. Voir une flaque d eau sur une route sèche. Au loin, sur une route goudronnée, en plein été, on a souvent l impression d apercevoir des flaques d eau. Il s agit d un mirage. L air est surchauffé par la surface noire de la route. Comme dans le désert, cet air très chaud dévie les rayons lumineux venant du ciel. En effet, l air chauffé étant moins dense, son indice de réfraction est plus faible, d où ce phénomène de déviation (qui est une réfraction, au sens optique). De plus, la surface noire surchauffée du goudron de la route renforce cet effet miroir. Page 3/7 - Pouvez-vous extraire le bouchon à l'intérieur de la bouteille? Pouvez-vous extraire le bouchon de la bouteille? Si le bouchon tombe dans la bouteille, saurez-vous le sortir sans casser la bouteille? L'expérience est possible en réduisant le coefficient de frottement du bouchon. Matériel à prévoir une bouteille de 75 cl en verre ; un bouchon ; un sac en plastique (comme ceux où l on met les légumes dans les supermarchés) ; une spatule en bois, à manche rond si possible. Durée : trois minutes. Page 4 / 16
Il est plus facile de sortir un bouchon de liège d une bouteille en verre avec un sac en plastique, car les frottements sont moindres. Le Pommier À préparer à l avance Conservez le bouchon de la bouteille ou un bouchon au diamètre du goulot de la bouteille afin de pouvoir l y enfoncer. Trucs pour ne pas rater l expérience Il faut utiliser une bouteille bien sèche. Positionnez l endroit où souffler dans le sac le plus à l extérieur possible avant de l enfiler à l intérieur du goulot (en l enroulant en spirale par exemple). Pour extraire le bouchon, tirez très horizontalement avec l autre main. Comment faire l'expérience? Page 5 / 16
On tire un coup sec sur le sac, et le bouchon sort de la bouteille! Le Pommier j enfonce le bouchon à la main, mais c est souvent très difficile à cause des frottements. Je le pousse ensuite avec le manche d une cuillère en bois, afin qu il rentre entièrement dans la bouteille. Je le fais devant mes invités afin qu ils voient qu il est difficile à enfoncer ; je demande à mes amis de proposer des solutions pour le ressortir et je leur demande d essayer ; je prends le sac plastique. Je le tords pour en faire une mèche, ouverture vers le haut ; j enfonce la moitié inférieure du sac jusqu au fond de la bouteille en le faisant tourner, le fond du sac vers le fond de la bouteille ; je passe le doigt dans l ouverture du sac pour la dégager ; je tourne la bouteille goulot vers le bas afin de positionner le bouchon entre le sac et le goulot ; je souffle dans le sac afin de bien gonfler la partie qui se trouve en arrière du bouchon : les parois du sac doivent toucher les parois de la bouteille ; je tire fortement le plus rapidement possible : le bouchon est expulsé de la bouteille avec le sac. Comment ça marche? On sort le bouchon en exerçant une poussée suffisante pour compenser les frottements du bouchon sur le verre. En tirant, le sac plastique gonflé vient parfaitement s ajuster entre le bouchon et le verre de la bouteille. La pression de l air enfermé dans le plastique va augmenter. Une variante On peut remplacer le sac en plastique par un torchon enfoncé pour qu il forme une gouttière autour du bouchon. On peut aussi utiliser une ficelle (un lacet de chaussure par exemple) : il suffit de faire une boucle dans la bouteille et de faire bouger le bouchon afin qu il se place exactement dans la boucle. Il ne reste plus qu à tirer énergiquement pour faire sortir le bouchon encerclé par la ficelle. En savoir plus sur les frottements Pour faire glisser un objet sur un autre, il faut diminuer les frottements. Plus un matériau présente d aspérités, même microscopiques, moins il glisse facilement. Le coefficient de frottement des matériaux dépend de l état de leur surface au niveau microscopique, mais aussi des interactions entre les atomes ou les molécules des deux surfaces. Plus la surface est lisse, mieux il glisse. Page 6 / 16
Le coefficient de frottement est très fort pour le liège, qui a une forte adhérence sur le verre : le liège a donc du mal à glisser sur le verre. C est d ailleurs pour son imperméabilité qu on utilise le liège, afin que les bouteilles restent bien hermétiquement bouchées quand elles contiennent du vin (sans cette parfaite étanchéité, les molécules d oxygène de l air provoqueraient la transformation du vin en vinaigre). Ce coefficient de frottement est plus faible entre le plastique et le verre. Le glissement est alors facilité. La vitesse de glissement influe sur le phénomène, car le coefficient de frottement est plus fort au démarrage du mouvement de glissement qu en cours de glissement, d où l intérêt de commencer à tirer très fort avant que le bouchon n arrive dans le goulot étroit de la bouteille. Où l'observer? Ouvrir facilement un bouchon de champagne. Pour déboucher une bouteille de champagne, il vaut mieux tourner le bouchon que le tirer En effet, on commence plus facilement un mouvement de glissement et, une fois que le mouvement est entamé, les forces de frottement sont moindres et le dérapage s accélère, un peu comme la voiture qui fait un aquaplaning Lorsqu on fait sauter le bouchon de champagne, il sort à une vitesse de 13 m/s, soit plus de 45 km/h! Déplacer une armoire. Pour déplacer une armoire, vous pouvez acheter dans une boutique de bricolage des patins à placer sous les pieds des meubles. Ils sont en Téflon : c est une substance qui facilite le glissement. On trouve souvent sur l emballage des patins l indication du facteur de glissement : par exemple, «1 pour 1.000 sur parquet» signifie qu il suffit de la force nécessaire pour tirer 1 kg sur un support rugueux pour déplacer une armoire de 1.000 kg sur du parquet, après une mise en mouvement qui peut être plus difficile! Bien entendu, cela dépend de la nature de la surface du sol. Si le sol est rugueux comme du papier de verre, le glissement sera beaucoup plus difficile Pour mieux réussir le déplacement, il est ici impossible de tirer très vite sur le parquet. Par contre, il est conseillé de se mettre à plusieurs et d appliquer une accélération brusque, donc de bien se coordonner : une deux trois! Page 4/7 - Effacer votre voisin(e) d en face! Effacer votre voisin ou votre voisine d en face : vous l avez assez vu (ou vue)? Vous voulez faire disparaître son visage d un mouvement de la main? Il suffit d un simple miroir Matériel à prévoir un miroir ; un mur blanc ou de couleur unie ; un ami ou sa photo. Durée : 2 minutes. Page 7 / 16
Le fait que notre cerveau privilégie les images en mouvement vous permet de faire disparaître un ami avec cette expérience. Le Pommier À préparer à l avance Cherchez un miroir que vous pouvez tenir à la main. Trucs pour ne pas rater l expérience Si vous n arrivez pas à faire disparaître le visage de votre ami, inversez vos places : le mur blanc sera de l autre côté. Placez le miroir afin que l autre œil voie le mur blanc. L expérience doit alors fonctionner. En effet, le cerveau privilégie les informations venant d un œil ( œil directeur) et minimise l influence de l image venant de l autre. C est pour cette raison que si vous n observez pas le phénomène, il faut essayer avec l autre œil. Déterminer son œil directeur Un moyen de vérifier ou de connaître son œil directeur est le suivant : tendez votre bras et relevez verticalement votre index. Puis, les deux yeux bien ouverts, positionnez votre index en direction d une ligne verticale (porte, angle de mur, fenêtre). Fermez (ou masquez avec l autre main) votre œil droit puis votre œil gauche. Avec l un des yeux, l image de votre doigt reste bien alignée avec la ligne verticale visée : c est votre œil directeur. Comment faire l'expérience? Page 8 / 16
Un mur uni et un miroir : il n en faut pas plus pour conférer à votre main le pouvoir d effacer votre ami! Le Pommier Comment ça marche? Nos deux yeux regardent la même chose et notre cerveau a donc l habitude de fusionner les images venant de chaque œil pour se faire une image mentale en 3D. Le fait de placer le miroir de façon que l un de nos yeux voie une surface blanche amène le cerveau à ne prendre en compte, dans un premier temps, que l image du visage. Par contre, dans le second temps, comme le cerveau privilégie le mouvement, il privilégie l image de la main droite en mouvement, aux dépens de l image du visage vue par l œil gauche. Ainsi, le visage de votre ami s efface au fil du mouvement de la main. Dans certains cas, il est difficile au cours de l expérience d effacer les yeux, alors que le reste du visage s efface. Ce phénomène est dû à notre mode d observation du visage, qui privilégie le regard, donc les yeux. Ainsi, parfois, on peut faire disparaître le visage d une personne, mais pas ses yeux! Troublant, n est-ce pas? Où l observer? Un atout de survie. Le fait que notre cerveau soit capable de faire disparaître le visage en suivant le mouvement de la main met en évidence un avantage évolutif qui a permis à l espèce humaine de se protéger des prédateurs. En effet, le fait que notre cerveau privilégie une image mobile par rapport à une image fixe permet de repérer immédiatement un prédateur ou une proie en mouvement, même si l on est en train de faire autre chose : nos ancêtres à l époque préhistorique pouvaient alors fuir à temps pour échapper au prédateur, ou bien voir une proie avant d être vus. De nos jours, cette propriété peut nous permettre de repérer plus vite un objet en mouvement, comme une voiture qui arrive sur nous, afin de nous jeter de côté et ainsi parfois d éviter le choc... Page 9 / 16
Lapin ou canard? Notre cerveau peut interpréter cette image différemment selon son orientation Le Pommier Interprétations de notre cerveau Notre cerveau donne du sens aux images que lui envoient nos yeux. Il interprète, ce qui peut donner des résultats différents selon les personnes ou selon le contexte dans lequel on se trouve. Ainsi, sur l image ci-dessus, est-ce un lapin ou un canard? Tout dépend dans quel sens on le regarde Vision de nuit. La nuit, on apprécie mal les distances. Notre cerveau les sous-estime, car il manque de repères. En effet, en vision de nuit, on perçoit mal les contrastes et les couleurs. Ce qui est dangereux pour la conduite. Force de suggestion. La force de suggestion est telle que l on peut finir par faire croire à quelqu un qu il a fait quelque chose qu il n a pas fait. Il peut reconnaître une image ou un visage qu il n a jamais vu Il s agit d ailleurs d un problème très important dans les interrogatoires de suspects et dans les «vrais faux» témoignages. Lorsque l on se remémore un souvenir, en particulier en état de stress, ce souvenir est fragilisé et peut être transformé par l environnement ou une suggestion d un tiers à ce moment. Le souvenir est enfoui de nouveau dans la mémoire, mais transformé sans que nous nous en rendions compte. D où le grand risque de faux souvenirs qui gomment pour toujours la réalité vécue. Page 5/7 - Renverser son verre sans en perdre une goutte! Pouvez-vous retourner un verre plein, sans en perdre une goutte? Avec un bouchon? Non, avec une simple carte de visite et grâce à la pression atmosphérique. Matériel à prévoir un verre ; de l eau ou, mieux, du vin ; une carte de visite plus large que le verre (ou une carte postale, ou un simple carré de papier). Durée : 2 minutes. Page 10 / 16
Avec cette expérience, vos amis croiront que vous maîtrisez (un peu) la gravité! Le Pommier Trucs pour ne pas rater l expérience Entraînez-vous avant de faire l expérience devant vos amis. Remplissez le verre avec de l eau ou du vin. Mouillez les bords du verre avant d y poser la carte. Cette expérience fonctionne mal avec du champagne ou des boissons gazeuses. Retournez assez rapidement le verre en maintenant la main à plat sur la carte pendant l action. Retirez la main, par-dessous, sans faire de mouvement latéral qui pourrait faire glisser la carte. Comment faire l'expérience? Page 11 / 16
Une simple carte suffit pour faire tenir un liquide dans un verre la tête en bas. Le Pommier Comment ça marche? L air au-dessus de notre tête s étend sur plusieurs milliers de mètres. Cet air a un poids. Il exerce une pression autour de nous dans toutes les directions : c est ce qu on appelle la pression atmosphérique. L air appuie sur notre corps et il appuie aussi sur la carte placée sous le verre. La pression atmosphérique exerce une force plus importante que le poids du liquide contenu dans le verre. Elle pousse la carte qui reste comme collée à la surface du liquide. Le verre ne se vide pas. En savoir plus sur la pression atmosphérique Le physicien italien Torricelli a mis en évidence la pression atmosphérique vers 1640. Il retourna un tube d un mètre de hauteur (fermé dans la partie supérieure) rempli de mercure sur une cuve contenant également du mercure. Une partie du mercure du tube s écoula dans la cuve, mais 76 cm restèrent dans le tube, car la pression de cette colonne de 76 cm de mercure était égale à la pression exercée par l atmosphère sur le mercure de la cuve. Il avait inventé le baromètre, où la hauteur du mercure dans la colonne sert à mesurer la pression atmosphérique. Il y a quelques années au Palais de la découverte, à Paris, on avait remplacé le mercure par de l eau (de densité 1). La colonne d eau dans le tube mesurait environ dix mètres de haut! Dans notre expérience, si le verre était haut de dix mètres, alors l eau coulerait, car le poids exercé par cette hauteur d eau serait supérieur à la force exercée par la pression atmosphérique à la base du verre. Au niveau de la mer, la pression atmosphérique est en moyenne de 1.013 hectopascals, ce qui correspond environ à 1 kg/cm 2. N'oubliez pas d'humidifier les bords du verre avant d'y déposer la carte. Le Pommier Si la section correspondant à la surface de l eau dans le verre mesure 15 cm 2, la force exercée par la pression atmosphérique est de 15 kg, ce qui est très supérieur au poids de l eau du verre. La pression atmosphérique varie avec l altitude : en montagne, elle est moins forte, car l épaisseur de l atmosphère au-dessus est inférieure à celle du bord de mer. La pression atmosphérique diminue d environ 10 % par kilomètre d altitude au-dessus du niveau de Page 12 / 16
la mer. Si l on est à 2.000 m d altitude, l épaisseur de la couche atmosphérique située au-dessus de nous est réduite de 2.000 m. Sa pression passe de 1.013 hpa à 794 hpa ; à une altitude de 3.000 m, elle est de 700 hpa. À cette altitude, la pression atmosphérique reste cependant encore tout à fait suffisante pour faire l expérience. Jack Guichard explique et effectue l expérience du verre renversé. Il pratique également une variante avec une bouteille et une passoire. veillon1000, YouTube Où l observer? Ouvrir un bocal de confiture ou de conserve en verre : on conserve souvent certaines denrées à l abri de l air ou avec très peu d air dans des bocaux en verre fermés par un crochet métallique et un caoutchouc. Quand on détache le crochet qui ferme le bocal, ce dernier ne s ouvre pas. Pourquoi? Parce que le caoutchouc est collé? Non! Simplement parce que la pression atmosphérique est supérieure à la pression de l air extrêmement faible sous le couvercle (puisqu on y a fait un vide partiel), elle appuie donc très fort sur le couvercle. Pour ouvrir, il faut tirer sur la languette en caoutchouc pour laisser entrer de l air à l intérieur. On entend un «pschitt», qui est le bruit que fait l air en entrant dans le bocal. Le couvercle se soulève alors tout seul. C est la même chose pour les pots de bébé ou de confiture dont on peut écarter un peu le couvercle avec le dos d une petite cuillère... On entend alors un petit «plop» quand l air entre dans le pot. Les bouteilles et sachets en matière plastique en montagne : cet effet de la pression atmosphérique fait également gonfler, lorsqu on est en montagne, les sachets de chips ou les bouteilles. Ils peuvent même parfois éclater lorsqu on monte à plus de 3.000 m d altitude. Inversement, si vous avez hermétiquement fermé une bouteille en plastique lorsque vous étiez en altitude, vous la trouverez toute contractée une fois redescendue. Vidanger des canalisations : pour vidanger une canalisation ou un ballon d eau chaude avant l hiver, il ne suffit pas d ouvrir le robinet situé le plus bas sur l installation. Il ne coule que quelques gouttes, car la pression atmosphérique retient l eau comme dans le verre retourné. La vidange nécessite d ouvrir un second robinet situé plus haut dans la maison, afin que la pression atmosphérique pousse l eau du tuyau à vidanger et y fasse entrer l air. Page 6/7 - Mettre une olive en lévitation Page 13 / 16
Comment mettre une olive en lévitation? Défiez vos amis de faire léviter une olive dans un verre sans toucher à l olive! Le secret? La force centrifuge d'inertie Matériel à prévoir un verre ballon ; une olive (de préférence avec noyau). Durée : 2 minutes. La force centrifuge d inertie y est pour beaucoup dans la lévitation de l olive dans un verre ballon Le Pommier Trucs pour ne pas rater l expérience L expérience fonctionne plus facilement avec une olive non dénoyautée. Utilisez impérativement un verre ballon, ou mieux, un verre à cognac, dont l ouverture est plus étroite que la zone centrale, ce qui maintient mieux l olive au milieu du verre lors de sa rotation dans le verre. Comment faire l'expérience? Page 14 / 16
Avec un peu d entraînement, vous maintiendrez sans peine l olive au milieu du verre pour la montrer à vos convives. Le Pommier Comment ça marche? En faisant tourner le verre, l olive est poussée vers les côtés par la force centrifuge d inertie, celle qui nous déporte vers l extérieur dans les virages pris un peu rapidement en voiture. Cette force plaque l olive contre les parois suffisamment fortement pour qu elle ait du mal à glisser vers le bas. Où l observer? Tri industriel : dans l industrie, on utilise la force centrifuge pour séparer les particules. On l utilise aussi dans le traitement des eaux usées. Page 7/7 - Découvrir d'autres expériences, acheter le livre de l'auteur Pour vous amuser encore plus avec vos amis, découvrez d autres expériences avec le livre de Jack Guichard et Guy Simonin paru aux éditions Le Pommier, 50 expériences pour épater vos amis à table. Des expériences très faciles à réaliser avec les objets présents sur la table. Pour chacune, une indication du matériel nécessaire, ce qu il faut avoir préparé à l avance, de sa durée, le déroulé pas à pas, les gestes précis, les trucs pour la réussir à coup sûr. Page 15 / 16
Découvrir et acheter le livre de l'auteur Comprendre ces expériences Vous épaterez doublement vos amis car, grâce aux «comment ça marche», vous pourrez leur fournir une explication simple et compréhensible des phénomènes scientifiques en jeu. Et, pour ceux qui veulent en savoir plus, l'ouvrage comporte également des compléments scientifiques et des indications sur les lieux où il est possible d'observer ces phénomènes à grande échelle. Page 16 / 16