Étrange mélange

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La vidéo "Étrange mélange"

Sommaire

Présentation de l'expérience

Flotter sur l'eau c'est bien, mais flotter entre deux liquides, c'est encore mieux. Prêt à relever le défi?

Matériel

  • de l'huile
  • un petit verre
  • un grand verre ou un vase à fleur transparent
  • de l'alcool à 70%
  • du colorant (cartouche d'encre par exemple)

L'expérience

La manipulation

  • verser de l'huile dans le petit verre jusqu'à ras bord. Déposer le petit verre dans le grand (ou dans le vase);
  • remplir à moitié le grand verre d'alcool à 70%. Faire couler l'alcool le long de la paroi pour éviter les turbulences. Le petit verre doit être entièrement recouvert d'alcool à 70%;
  • ajouter de l'eau en la faisant glisser sur la paroi (tu peux ajouter du colorant).

Que voit-on ?

Dans le petit verre, la surface de l'huile se courbe de plus en plus. Lorsque la quantité d'eau est suffisante, une boule d'huile flotte dans le mélange. Plus on ajoute de l'eau et plus la goutte d'huile monte.

Explications

De manière simple

D'autres liquides que l'huile, comme le pétrole et l'essence sont moins denses que l'eau, c'est-à-dire qu'à volume égal avec l'eau, ils seront plus légers... un peu comme le plomb et les plumes. C'est pourquoi le pétrole qui s'écoule accidentellement des pétroliers est si dommageable pour l'environnement : comme il flotte, il reste à la surface de l'eau et s'étend sur de grandes distances. C'est aussi pourquoi il est difficile d'éteindre un feu d'essence avec de l'eau car l'essence flotte sur l'eau en étant enflammée. Simplement nous dirons que si un produit est plus dense que l'eau, il coule ; dans le cas contraire, il flotte.

Questions sans réponses

  1. pourquoi l'huile forme-t-elle une boule?
  2. pourquoi l'huile et l'eau ne se mélangent-elles pas?

Allons plus loin dans l'explication

Quand un objet est plongé dans un liquide, il est soumis à deux forces : la gravité (ou son poids) qui le tire vers le bas, et la poussée d'Archimède qui le pousse vers le haut. C'est le fameux principe d'Archimède!

Le célèbre savant constata que la force de cette poussée de bas en haut était égale au poids de l'eau déplacée. Si l'objet est plus dense que le liquide, le poids l'emporte sur la poussée d'Archimède et l'objet coule.

Si l'objet est de même densité que le liquide et qu'il est complètement immergé, il demeure immobile. L'huile est plus dense que l'alcool et moins dense que l'eau. Elle coule donc dans l'alcool et flotte dans l'eau. Or, lorsque l'eau est ajoutée à l'alcool, la densité du mélange (eau/alcool) augmente jusqu'à atteindre la même densité que l'huile. À ce moment, l'huile est soumise à deux forces opposées, et lorsque leurs intensités sont égales, le système reste en équilibre et la boule d'huile ne bouge plus.

Image:POUSS2ARCIMEDE.JPEG

La densité d'un produit, c'est le rapport de la masse volumique de celui-ci sur la masse volumique de l'eau (quand on traite des liquides). On comprend bien pourquoi la densité de l'eau est de 1.

pourquoi l'huile prend-elle la forme d'une boule?

La goutte d'huile, hydrophobe, cherche à minimiser sa surface de contact avec le liquide. La sphère est la forme qui présente la plus petite surface, c'est donc la forme adéquate.

Petite anecdote

Il y a environ 2200 ans, Archimède, le célèbre savant grec, étudia la géométrie et inventa toute sortes de machines. On raconte que c'est en prenant son bain qu'il élabora son fameux principe. En entrant dans sa baignoire, il remarqua que plus il s'enfonçait dans l'eau,plus le niveau de l'eau montait. Il serait sortit dans la rue, tout nu, et cria "Eurêka!", ce qui signifie "J'ai trouvé!" en grec ancien. Il venait de constater que la quantité d'eau déplacée avait un rapport avec les dimensions (le volume) de l'objet immergé. Ses observation allaient ensuite donner naissance au principe d'Archimède expliquant, entre autre, comment les objets flottent.

Liens avec d'autres expériences

Expériences sur le Wikidébrouillard

Autres expériences

Liens internet.
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Applications : liens avec le quotidien

  • La mer morte: La salinité de la mer morte a tellement augmenté sa densité que désormais, tu peux t'allonger sur l'eau sans risque de couler. C'est fou!

  • Les marées noires: le pétrole qui s'échappe des navires échoués est moins dense que l'eau de mer, c'est pourquoi il flotte.Ceci provoque la mort de nombreux êtres vivants, comme les oiseaux qui , lorsqu'ils se posent sur la mer, sont pris dans cette nappe de pétrole.
  • Les incendies: beaucoup d'incendies sont très difficile à éteindre avec de l'eau puisque certains composants comme l'essence sont moins dense et non miscible avec l'eau, lorsqu'ils s'enflamment, l'eau est alors quasiment inefficace, d'ou l'intérêt des extincteurs.

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