Bouchon sauteur : Différence entre versions

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Il n'y aura donc plus assez de place pour l'air dans la bouteille, il cherchera alors à sortir de la bouteille ce qui va soulever le bouchon et donner l'impression qu'il saute.
 
Il n'y aura donc plus assez de place pour l'air dans la bouteille, il cherchera alors à sortir de la bouteille ce qui va soulever le bouchon et donner l'impression qu'il saute.
|Deepen=Ce phénomène est étudié avec des modèles mathématiques qui permettent de décrire
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|Deepen=L'air est un gaz constitué de molécules qui n'ont pas de liens entre elles et flottent librement dans l'espace.
  
- la pression en pascal (dans notre expérience, c'est elle qui va pousser le bouchon)
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La thermodynamique est une discipline de la physique qui cherche notamment à caractériser les gaz par plusieurs grandeurs telles que :
  
- l'évolution du volume en mètre cube (ici l'évolution du volume d'air dans la bouteille)
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La "température" T : c'est la mesure de l'agitation de ces molécules : plus elles ont d'énergie, plus elles peuvent flotter librement dans l'espace vite et loin.
  
- la quantité de matière en mole (qui est toujours la même pour une matière donnée, gazeuse, liquide ou solide)
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Le "volume" V : c'est l'espace occupé par le gaz. Il peut être imposé par le volume d'un récipient comme une bouteille par exemple.
  
- la température absolue qui est mesurée en kelvin et non en degrés (cette température évolue dans notre expérience par notre action)
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La "quantité de matière" n : c'est une grandeur proportionnelle au nombre de molécules du gaz exprimé en moles.
  
Si l'on change un de ces paramètre (la température par exemple) cela fera varier les autres à l’exception de la quantité de matière notée n (le volume et la pression dans notre cas)
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La "pression" P : c'est une grandeur qui peut être comprise comme proportionnelle à la "quantité de rebonds" des molécules du gaz contre les parois du récipient.
  
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La thermodynamique propose qu'il existe une relation de proportionnalité entre, d'un côté, la pression P et le volume d'un gaz V et, de l'autre côté, la température T et la quantité de matière n de ce même gaz :
  
Cette relation se traduit par l'équation des gaz parfaits : '''PV=nRT'''
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{{Pin|1=PV = nRT (avec R une constante)}}
  
Dans cette expression,
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De cette relation on peut déduire que, si j'augmente la température T d'une quantité donnée de gaz (l'air de ma bouteille), je vais augmenter son volume V et/ou sa pression P.
  
* P -> est la pression du gaz (en pascal) ;
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La bouteille en verre, contrairement à une bouteille en plastique, n'est pas déformable : je ne peux pas augmenter son volume V. C'est donc la pression de l'air P qui va augmenter dans un premier temps.
* V -> est le volume occupé par le gaz (en mètre cube) ;
 
* n -> est la quantité de matière (en mole) ;
 
* R -> est la constante universelle des gaz parfaits : R = 8,314 462 1 <abbr class="abbr" title="par J K mole">J K<sup>−1</sup> mol<sup>−1</sup></abbr>
 
* T -> est la température absolue (en kelvin)
 
  
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Cette pression plus importante va finir par être assez forte pour soulever le bouchon en plastique posé par-dessus. Le bouchon se soulève : le volume de l'air peut alors augmenter : comme le volume V augmente, la pression P descend : le bouchon retombe.
  
Plus d'informations sur la page [https://fr.wikipedia.org/wiki/Gaz_parfait gaz parfait] de wikipédia.
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Une partie de l'air s'est échappée par le bouchon pendant qu'il se soulevait : la quantité de matière d'air dans la bouteille n a diminué. Cette diminution de la quantité de matière n compense la hausse de la température T, permettant au volume V et à la pression P d'être les mêmes qu'au début de l'expérience...
  
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... Jusqu'à ce que la température T augmente encore et qu'un nouveau cycle de soulèvement du bouchon arrive !
|Applications=- Lorsque  l'on oubli une bouteille d'eau vide dans sa voiture en été, il arrive qu'on la retrouve toute gonflée et déformée comme si on avait ajouté de l'air à l'intérieur ! Pas de vilain lutin farceur derrière ce phénomène. L'augmentation de la température dans la bouteille a entrainé une dilatation de l'air à l'intérieur. Cela a augmenté la pression sur les parois plastiques et molles.
 
  
- Avez-vous déjà eu du mal à récupérer un verre qui a séché à l'envers ? Si le verre est lavé à l'eau chaude et posé sur une surface plane, en refroidissant l'air va se rétracter. Comme rien ne peu venir combler le vide laissé, le verre fait ventouse.
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Plus d'informations sur la page [https://fr.wikipedia.org/wiki/Gaz_parfait gaz parfait] de Wikipédia.<br />
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|Applications=- Lorsque l'on oublie une bouteille d'eau vide dans sa voiture en été, il arrive qu'on la retrouve toute gonflée et déformée comme si on avait ajouté de l'air à l'intérieur ! Pas de vilain lutin farceur derrière ce phénomène. L'augmentation de la température dans la bouteille a entraîné une dilatation de l'air à l'intérieur. Cela a augmenté la pression sur les parois plastiques et molles.
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- Avez-vous déjà eu du mal à récupérer un verre qui a séché à l'envers ? Si le verre est lavé à l'eau chaude et posé sur une surface plane, en refroidissant l'air va se rétracter. Comme rien ne peut venir combler le vide laissé, le verre fait ventouse.
  
 
- Dur d'ouvrir un bocal de confiture maison ! Et oui, pour conserver les aliments la technique de la stérilisation consiste à chasser l'air du bocal afin de le fermer avec le moins de molécules possible.
 
- Dur d'ouvrir un bocal de confiture maison ! Et oui, pour conserver les aliments la technique de la stérilisation consiste à chasser l'air du bocal afin de le fermer avec le moins de molécules possible.

Version du 26 mars 2020 à 15:17

Auteur avatarL.mahe | Dernière modification 18/05/2020 par Bolido

Introduction

À l'aide d'une bouteille, tente de faire sauter un bouchon.

Étape 1 - Préparation du matériel

Pour commencer, rassemble le matériel nécessaire à l'expérience.

- Une bouteille en verre (ou cannette en verre)

- Un bouchon en plastique (ou une pièce de monnaie, une balle de golf, amuse-toi à trouver d'autres objets à faire sauter !)

- Un peu d'eau


et "pour aller plus loin" :

- Récipient pouvant contenir le bas de la bouteille

- Bouilloire

- Du liquide vaisselle



Étape 2 - Mise en place de l'expérience

Met un peu d'eau sur le dos du bouchon et place le de manière à ce qu'il soit renversé sur le goulot de la bouteille.


Étape 3 - Expérimentation

Place tes mains autour de la bouteille et observe !



Étape 4 - Pour aller plus loin

Si tes mains ne sont pas assez chaudes, cela marche aussi en plongeant la bouteille dans de l'eau chaude.


Tu peux aussi essayer avec une bulle de savon liquide sur le goulot de la bouteille. Pour cela, trempe le goulot de la bouteille dans du savon liquide (ou liquide vaisselle) afin de créer une opercule de savon à la sortie de la bouteille. Réchauffe-la avec tes mains et tu observeras que la bulle de savon va gonfler.



Comment ça marche ?

Observations : que voit-on ?

Au bout de quelques secondes, le bouchon en plastique se soulève.

Le phénomène est assez bref, il faut être bien attentif.

Mise en garde : qu'est-ce qui pourrait faire rater l'expérience ?

Si la bouteille en verre est trop chaude, le bouchon peut soit mettre beaucoup de temps avant de sauter, soit ne pas sauter du tout.

Cette expérience prend beaucoup plus de temps si tu as les mains froides.

Explications

L'air présent dans la bouteille est réchauffé lorsque tu tiens la bouteille avec tes mains.

L'air chaud prend plus de place que l'air froid, on dit qu'il se dilate.

Il n'y aura donc plus assez de place pour l'air dans la bouteille, il cherchera alors à sortir de la bouteille ce qui va soulever le bouchon et donner l'impression qu'il saute.

Plus d'explications

L'air est un gaz constitué de molécules qui n'ont pas de liens entre elles et flottent librement dans l'espace.

La thermodynamique est une discipline de la physique qui cherche notamment à caractériser les gaz par plusieurs grandeurs telles que :

La "température" T : c'est la mesure de l'agitation de ces molécules : plus elles ont d'énergie, plus elles peuvent flotter librement dans l'espace vite et loin.

Le "volume" V : c'est l'espace occupé par le gaz. Il peut être imposé par le volume d'un récipient comme une bouteille par exemple.

La "quantité de matière" n : c'est une grandeur proportionnelle au nombre de molécules du gaz exprimé en moles.

La "pression" P : c'est une grandeur qui peut être comprise comme proportionnelle à la "quantité de rebonds" des molécules du gaz contre les parois du récipient.

La thermodynamique propose qu'il existe une relation de proportionnalité entre, d'un côté, la pression P et le volume d'un gaz V et, de l'autre côté, la température T et la quantité de matière n de ce même gaz :

PV = nRT (avec R une constante)

De cette relation on peut déduire que, si j'augmente la température T d'une quantité donnée de gaz (l'air de ma bouteille), je vais augmenter son volume V et/ou sa pression P.

La bouteille en verre, contrairement à une bouteille en plastique, n'est pas déformable : je ne peux pas augmenter son volume V. C'est donc la pression de l'air P qui va augmenter dans un premier temps.

Cette pression plus importante va finir par être assez forte pour soulever le bouchon en plastique posé par-dessus. Le bouchon se soulève : le volume de l'air peut alors augmenter : comme le volume V augmente, la pression P descend : le bouchon retombe.

Une partie de l'air s'est échappée par le bouchon pendant qu'il se soulevait : la quantité de matière d'air dans la bouteille n a diminué. Cette diminution de la quantité de matière n compense la hausse de la température T, permettant au volume V et à la pression P d'être les mêmes qu'au début de l'expérience...

... Jusqu'à ce que la température T augmente encore et qu'un nouveau cycle de soulèvement du bouchon arrive !

Plus d'informations sur la page gaz parfait de Wikipédia.

Applications : dans la vie de tous les jours

- Lorsque l'on oublie une bouteille d'eau vide dans sa voiture en été, il arrive qu'on la retrouve toute gonflée et déformée comme si on avait ajouté de l'air à l'intérieur ! Pas de vilain lutin farceur derrière ce phénomène. L'augmentation de la température dans la bouteille a entraîné une dilatation de l'air à l'intérieur. Cela a augmenté la pression sur les parois plastiques et molles.

- Avez-vous déjà eu du mal à récupérer un verre qui a séché à l'envers ? Si le verre est lavé à l'eau chaude et posé sur une surface plane, en refroidissant l'air va se rétracter. Comme rien ne peut venir combler le vide laissé, le verre fait ventouse.

- Dur d'ouvrir un bocal de confiture maison ! Et oui, pour conserver les aliments la technique de la stérilisation consiste à chasser l'air du bocal afin de le fermer avec le moins de molécules possible.

Vous aimerez aussi

Expériences sur Wikidébrouillard

Ballon dans une bouteille

Rétractation de l'air

Chandelle fait monter l'eau

Éléments pédagogiques

Objectifs pédagogiques

  • Observer un phénomène physique
  • Mettre en évidence la présence de l'air dans la bouteille
  • Comprendre le phénomène de dilatation de l'air

Niveau scolaire (Classes où la notion est étudiée) : Seconde

Pistes pour animer l'expérience

Cette expérience s'anime très bien sous forme de défi : "Arriveras-tu à faire sauter ce bouchon ?"

Elle peut s'intégrer dans un parcours sur la dilatation et rétractation de l'air

Sources et ressources

La page Air sur Wikipedia

La page gaz parfait sur wikipédia.

Dernière modification 18/05/2020 par user:Bolido.

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