Ballon en lévitation

Auteur avatarTess | Dernière modification 15/10/2019 par Pierreb

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Comment immobiliser un ballon dans l'air... en soufflant dessus ?!
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Video d'introduction

Étape 1 - Gonfler

La manipulation

  • Gonfler (pas trop !) et fermer le ballon de baudruche.

Étape 2 - Orianter

  • Orienter le sèche-cheveux verticalement vers le haut.

Étape 3 - Placer

Placer le ballon de baudruche dans le flux d'air.

Comment ça marche ?

Observations : que voit-on ?

Le ballon se stabilise dans le flux d'air. On peut même orienter le flux d'air (le sèche-cheveux), le ballon suivra !

Explications

L'air chaud est plus léger que l'air froid, il a donc tendance à monter.

De plus, l'air soufflé par le sèche-cheveux pousse le ballon vers le haut. Le ballon trouve son équilibre entre son poids qui l'entraîne vers le bas et la poussée de l'air vers le haut.

Le ballon reste donc suspendu dans les airs... en lévitation !

Questions sans réponses

Pourquoi le poids nous entraîne-t-il vers le bas ?

Pourquoi l'air chaud monte ?

Cela fonctionne-t-il avec un ventilateur ?

Plus d'explications

Allons plus loin dans l'explication

Si un liquide s'écoule dans une canalisation (ici, l'air sortant du sèche-cheveux), comme il est incompressible, son débit (volume transitant à travers une surface par unité de temps) est constant. Si la canalisation s'élargit, alors la vitesse diminue (puisque le débit est le produit de la vitesse par la section, les deux varient à l'inverse). Le théorème de Bernoulli nous indique alors que la pression augmente. À l'inverse, si la canalisation se rétrécit, le fluide accélère et sa pression diminue : c'est l'effet Venturi.

Ce résultat est assez peu intuitif (on s'attendrait à ce que la pression augmente lorsque la section diminue).

Si maintenant la conduite reste de section constante mais que l'on met un obstacle à l'intérieur (ici, le ballon ou la balle), l'obstacle diminue la section. On a donc le même effet. Si cet obstacle est un cylindre tournant, d'axe perpendiculaire à l'axe de la canalisation, alors le frottement accélère le fluide d'un côté et le ralentit de l'autre. On a donc une diminution de pression d'un côté et une augmentation de l'autre, le cylindre subit une force : c'est l'effet Magnus (notons que l'on considère souvent l'effet Magnus dans l'air, qui est un fluide compressible, mais le principe général reste le même).

Applications : dans la vie de tous les jours

  • L'effet Venturi sur une aile d'avion : On remarque que le dessus d'une aile d'avion est bombé alors que le dessous est plat. Donc l'air qui passe au-dessus va plus vite que l'air qui passe en-dessous. Ceci crée une dépression sur le dessus et une surpression en dessous : ainsi l'avion est aspiré vers le haut. On parle de portance.
  • L'effet Venturi dans une formule 1 : l'effet Venturi sert à coller la voiture au sol (on parle d'effet de sol), tout en évitant de présenter une trop grande résistance à la pénétration dans l'air de la voiture.
  • Les pales d'une éolienne sont entourées d'un anneau correspondant en fait à un Venturi, ce qui permet de canaliser et d'amplifier la force du vent. Ainsi on peut obtenir un courant constant. Ceci permet d'augmenter la production énergétique.
  • L'effet Venturi en montagne : L'effet Venturi existe aussi naturellement dans les vallées et au sommet des montagnes. En effet, lorsque l'air rencontre une vallée, il accélère pour conserver le même débit. De même, l'air a tendance à s'écraser au sommet d'une montagne et donc à accélérer.

Certaines cheminées mettent à profit l'effet Venturi, ce qui permet d'augmenter leur tirage. Dans un autre domaine, la plupart des pistolets à peinture qui servent à projeter la peinture en fines gouttelettes fonctionnent eux aussi sur le principe du Venturi.


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