Nous avons commencé par quelques expériences nous permettant de comprendre un peu mieux ce qu'il se cache derrière cet air, invisible par essence !
Nous avons eu la chance d'avoir un photographe professionnel lors de la première séance et ça se voit tout de suite !
Expérience N°1 : vide d'air !
Matériel nécessaire :
- Une boîte «à vide» et une pompe (le café présent sur la photo n'est pas nécessaire !
- Un ballon de baudruche
- Qu'y a-t-il dans la boîte ? (réponse : de l'air)
- Demandez à une personnes d'ouvrir la boîte. Ceci n'est pas difficile.
- Demandez ensuite, à une autre personne, d'aspirer l'air présent dans la boîte à l'aide de la pompe. Cette pompe fonctionne à l'inverse d'une pompe à vélo, elle aspire l'air au lieu de le pousser.
- Donnez les derniers coups de pompe afin d'être sûr que la boîte est bien vide d'air. (enfin presque car il est impossible de faire le vide avec seulement nos muscles).
- Demandez ensuite à la première personne d'essayer d'ouvrir la boîte de nouveau. Il n'y arrivera pas ! (Il est nécessaire de ne pas changer toutes les conditions initiales pour être sûr que le résultat ne soit pas influencé par la différence de force entre deux personnes différentes)
- Faites passer la boîte pour que tout le monde essaye.
- Pour pouvoir ouvrir de nouveau la boîte, il suffit de faire entrer de l'air !
Explications
Avant de faire le vide, il y a de l'air dans la boîte et autour de la boîte. Cet air exerce une pression (une force, comme si quelqu'un était en train d'appuyer sur la boîte). Cette pression est exercée sous le couvercle, par l'air se trouvant dans la boîte, et sur le couvercle, par l'air extérieur. C'est comme si deux personnes de force égale se trouvaient d'un côté et de l'autre d'une porte et poussaient : rien ne se passe. Donc une troisième personne pourrait ouvrir la porte sans forcer. Dans notre cas la troisième personne et le "Soucoupes" ayant ouvert la boîte.
Mais lorsque l'on fait le vide dans la boîte, seul l'air extérieur appuie sur le couvercle. Il faut donc être plus fort que la pression de l'air pour pouvoir ouvrir le couvercle ! Si l'on prend de nouveau l'exemple de la porte. Dans ce cas il y a une seule personne qui pousse sur la porte, il faut donc être plus forte que cette personne pour l'ouvrir.
Aucun homme n'est aussi fort que l'air, il est donc impossible d'ouvrir la boîte !Lorsque l'on fait entrer à nouveau de l'air, on revient à notre état initial. Le couvercle peut donc être ouvert de nouveau !
Otto Von Guericke, un scientifique allemand du XVIIème siècle, a fait la même expérience mais avec des chevaux ! Cette expériences se déroula en 1656 et fut appelée « Les hémisphères de Magdebourg ». Lors de cette expérience, il disposa deux demi-sphères en métal l’une contre l’autre. Puis il vida l’air présente à l'intérieur. Huit chevaux de traits attelés de chaque coté (soit 16 chevaux !) ont eu pour mission de tirer… Impossible de les séparer !
Cette expérience a permis de démontrer l'action de la pression atmosphérique. En effet, la sphère formée par les hémisphères de Magdebourg étant vide, il n'y a aucune pression à l'intérieur. La pression atmosphérique appliquée sur la surface de cette sphère maintient les deux hémisphères bien appliqués l'un contre l'autre ! La pression atmosphérique et donc plus forte que 16 chevaux !!!
Etape N°2 : gonfler un ballon sans souffler
- Gonflez légèrement un ballon et faites un nœud.
- Mettez-le dans la boîte
- Faites le vide.
- Le ballon gonfle tout seul !
ExplicationsAvant de faire le vide, l’air contenu dans le ballon et celui qui l’entoure exercent tous deux une pression sur ses parois. Lorsque l’on fait le vide autour du ballon, on diminue la pression extérieure, alors que la pression qu’il contient à l’intérieur reste la même. L’air présent dans le ballon pousse un peu plus sur les parois... et le ballon grossit !
Expérience N°2 : Faire monter l'air !
Cette deuxième expérience nous a permis comprendre pourquoi les montgolfière vole.
Cette deuxième expérience nous a permis comprendre pourquoi les montgolfière vole.
Pour découvrir l'expérience en image, il vous suffit de regarder la vidéo ci-dessous !
Explications
Pour comprendre ce phénomène il faut d'abord parler un peu de densité.La densité d'un fluide (liquide ou gaz) correspond à la masse (en Kg) d'un litre du fluide. Si l'on prend l'exemple de l'eau. La densité de l'eau est de 1, c'est à dire qu'un litre d'eau pèse 1Kg.
Si l'on mélange des fluides avec des densité différentes, il vont se "ranger" par densités. Les fluides avec un grande densité vont se placer en dessous et les fluides avec une densité plus faible au dessus.
Par exemple lorsque l'on mélange de l'eau (densité de 1) et de l'huile (densité de 0,92), l'huile va se placer au dessus de l'eau.
Maintenant que nous avons compris cela, il ne nous reste qu'à comprendre ce qu'il se passe lorsque l'on chauffe de l'air ! Quand l'air est chauffé, il se dilate (on peut dire qu'il "s'étale). Une quantité d'air froid prendra donc moins de place que la même quantité d'air chaud.
Donc, la densité de l'air chaud sera plus faible que la densité de l'air froid (un litre d'air chaud sera plus léger qu'un litre d'air froid).Et, comme nous l'avons vu précédemment, les fluides se "classent" par densité. L'air chaud va monter !
Dans le cas de notre fusée "sachet de thé", l'air chaud monte et entraîne les cendres du sachet de thé !
Pour poursuivre les expériences sur l'air chaud, il est possible de fabriquer une montgolfière en papier de soie.Deux possibilités :
- Vous aidez de la page du site Wikidébrouillards consacrée à la fabrication de mongtlfière en cliquant ici !
- Acheter un kit fournissant tout le matériel nécessaire. Pour les personnes habitant à proximité de Saint-Etienne vous pouvez en trouver au magasin "L'aire du vent" 52 rue Gambetta
Pour cela vous allez avoir besoin :
- d'une feuille de papier
- d'une paire de ciseau
Regardez la vidéo sans plus attendre et faites envoler des centaines de poissons volants !
Expérience N°4 : l'hélicoptère en papier
Pour cela vous allez avoir besoin :
- une feuille de papier
- un feutre
- d'une paire de ciseau
Expérience N°5 : la bouche en polystyrène
Pour cela vous allez avoir besoin :
- une feuille de polystyrène très fine (2mm à 3mm d'épaisseur). On en trouve au rayon "isolation" des magasins de bricolage.
- un patron téléchargeable à cette adresse ici
- d'une paire de ciseau
Sur une idée originale de sciencetoymaker
Expérience N°6 : l'avion à pointe en polystyrène.
Pour fabriquer cet avion vous aurez besoin de :
- une feuille de polystyrène très fine (2mm à 3mm d'épaisseur). On en trouve au rayon "isolation" des magasins de bricolage.
- un patron imprimé, téléchargeable ici
- du scotch
- une paire de ciseaux
- un fil de fer "léger", par exemple le fil de fer contenu dans les attaches des sacs de pain de mie ou sac de congélation.
- et de la patience !
Sur une idée originale de Sciencetoymaker.
Et si cela vous a plus vous pouvez aussi fabriquer un planeur en feuille d'annuaire en cliquant ici ou "The Mama Bug" un énorme avion en polystyrène en cliquant là !
Bonne fabrication !
Le mois prochaine les Soucoupes partent dans l'espace à l'aide de fusées à eau !
Kévin, l'animateur.
