En ce mois de novembre les Soucoupes ont fait un atelier qui n'est pas de saison : fabriquer une fontaine de Héron, une fontaine marchant sans pompe.
Nous avons commencé par un peu d'histoire. Ingénieur, mécanicien et mathématicien grec du Ier siècle après J-C, Héron d'Alexandrie, connu également sous le nom d'Héron l'Ancien, est à l'origine de nombreuses inventions dont le premier distributeur automatique payant d’eau, les premiers automates, les premières portes automatiques, la première machine à rendre les oracles (escroquerie) et une fontaine automatique.
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| Héron d'Alexandrie |
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| La fontaine de Héron |
Afin de réaliser cette fontaine les Soucoupes ont essayer de relever 3 défis !
Premier défi : Faire sortir de l'eau d'une bouteille sans la toucher ni la percer !
Pour cela nous avons comme matériel : 1 bouteille (bouchon percé à deux endroits), 1 paille droite et 1 paille pouvant se courber.
Après quelques essais, la solution est trouvée ! Il suffit de souffler dans une paille pour faire sortir de l'eau par l'autre !
Mais que se passe-t-il dans la bouteille?
Lorsque l’on souffle dans la bouteille, de l’air entre dans cette dernière ce qui entraîne une augmentation de la pression de l’air à l’intérieur de la bouteille. Il y a donc un déséquilibre entre la pression au sein de la bouteille et la pression atmosphérique.
- Si la bouteille ne contient pas d’eau, le retour à l’équilibre se fait par une sortie d’air de la bouteille par la deuxième paille.
- Si la bouteille contient de l’eau et que le niveau d’eau se situe au-dessus de la base de la seconde paille, le retour à l’équilibre se fait par une sortie d’eau de la bouteille par cette même paille.
- Si la bouteille contient de l’eau mais que le niveau d’eau se situe en-dessous de la base de la seconde paille, le retour à l’équilibre se fait par une sortie d’air de la bouteille par cette dernière
Nous avons bien une fontaine car nous faisons jaillir de l'eau... seulement Héron d'Alexandrie ne passait pas ses journées à souffler pour faire fonctionner ses fontaines! Il est donc necessaire de trouver un moyen de créer un "souffle d'air" sans souffler !
Deuxième défi : Faire sortir de l'air d'une bouteille sans souffler ni aspirer !
Pour cela nous avons comme matériel supplémentaire : 1 bouteille (bouchon percé 1 fois), 1 paille droite, 1 bouchon percé 1 fois, 1 ballon, 1 potence.
Pas facile de trouver une solution, mais grâce à un petit d'indice les idées fusent!
Indice : lors du premier défi nous voulions faire sortir de l'eau de la bouteille pour cela nous avons fait entrer de l'air. Pour ce second défi nous voulons faire sortir de l'air dans la bouteille... que doit-on faire entrer?
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AHHH OUIII, DE L'EAU !!!
Et c'est parti pour la construction !
ATTENTION les longueurs et positions des pailles ont leurs importances, il faut les respecter !
Le ballon nous permet de vérifier si de l'air sort bien de la paille. S'il se gonfle, le défi est relevé!
Afin de n'avoir aucune fuite d'eau ou d'air, du scotch est utilisé pour faire les joints entre les pailles et de la colle chaude est utilisée pour accrocher les pailles aux bouchons (ATTENTION, pensez à protéger les pailles à l'aide de scotch pour ne pas les faire fondre avec la colle chaude !)
ATTENTION le pistolet à colle chaude est un outil DANGEREUX, il y a des risques de brûlures! Un adulte doit être présent lors de son utilisation !!!
Mais que se passe-t-il dans la bouteille?
Lorsque l’eau entre dans la bouteille N°2, cela entraîne une augmentation de la pression de l’air à l’intérieur de la bouteille. Il y a donc un déséquilibre entre la pression au sein de la bouteille et la pression atmosphérique.
Le retour à l’équilibre se fait par une sortie de l’air contenu dans la bouteille par la deuxième paille.
Troisième défi : Utiliser les connaissances acquises lors des deux premiers pour fabriquer une fontaine !
Lors du premier défi les Soucoupes ont fait sortir de l'eau d'une bouteille en faisant entrer de l'air. Dans le Second ils ont fait sortir de l'air en faisant entrer de l'eau dans la bouteille...
Si l'on assemble les deux défis.... nous avons notre fontaine!
Le matériel supplémentaire est le suivant : 1 bouteille (bouchon percé 2 fois), 3 pailles coudées, 1 paille droite, un objet permettant de surélever la bouteille N°3 (exemple : boîtes d’œufs).
Et c'est parti pour la dernière construction !
ATTENTION les longueurs et positions des pailles ont leurs importances, il faut les respecter !
Maintenant que la fontaine est terminée, il ne reste plus qu'à la tester! Pour cela il suffit de verser un peu d'eau dans la bouteille découpée et de vérifier si l'eau sort ...
Si c'est le cas.. Bravo tu as réussi à fabriquer une fontaine!
Si ce n'est pas la cas, il va falloir rechercher les fuites et les colmater ! Il suffit d'une toute petite fuite d'air et la fontaine ne marche pas.
Mais que se passe-t-il dans ces bouteilles?
- On amorce la fontaine en versant de l’eau dans la bouteille n° 1.
- L’eau passe de la bouteille n°1 à la bouteille n° 2 à l’aide des pailles rouge et violette
- En rentrant dans la bouteille n°2, l’eau entraîne une augmentation de la pression de l’air à l’intérieur de la bouteille. Il y a donc un déséquilibre entre la pression au sein de la bouteille et la pression atmosphérique. Le retour à l’équilibre se fait par une sortie d’air de la bouteille n°2 vers la bouteille n°3. (défi 2)
- En entrant dans la bouteille n°3, L’air entraîne une augmentation de la pression de l’air à l’intérieur de la bouteille. Il y a donc un déséquilibre entre la pression au sein de la bouteille et la pression atmosphérique. Le retour à l’équilibre se fait par une sortie d’eau de la bouteille n°3 vers la bouteille n °1
- Et le circuit recommence à partir du point n°2.
- La fontaine s’arrêtera de fonctionner lorsque le niveau de l’eau de la bouteille n°3 descendra en dessous de la paille jaune. A ce moment là il suffira alors d’inverser les bouteilles n°2 et n°3 (ou de vider la bouteille n °2 dans la bouteille n °3) et de réamorcer la fontaine.
Et voici quelques astuces !
- Dans les bouchons, faire des trous d’un diamètre adapté : trop petits, ils abîmeront la paille ; trop grands, ils seront difficiles à boucher.
- Avoir une très bonne étanchéité au niveau des bouchons : pour cela il faut être sûr que le matériau utilisé bouche bien tous les trous.
- En cas d’utilisation d’un pistolet à colle chaude ou de cire de bougie, penser à mettre du scotch autour des pailles (voir le schéma) afin d’éviter de les faire fondre.
- A l’aide d’une paire de ciseaux, faire une petite fente à l’extrémité de l’une des pailles pour que l’emboitement des pailles soit plus facile. Pour permettre une meilleure étanchéité, mettre du scotch au niveau de la jonction (voir le schéma).
- Penser à mettre les bouteilles à des hauteurs différentes
Pour télécharger le dossier pédagogique, cliquez ici.
Pour télécharger les plans du défi 1, cliquez ici.
Pour télécharger les plans du défi 2, cliquez ici.
Pour télécharger les plans du défi 3, cliquez ici.
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