Le jet d'eau parfait : Différence entre versions

Version actuelle datée du 1 avril 2021 à 19:01

Fabrique toi même un jet d'eau parfait, immobile et sans éclaboussures !

Auteur Safia Élise | Dernière modification 1/04/2021 par Safia élise

Difficulté

Technique

Durée

10 minute(s)

Disciplines scientifiques

Chimie, Physique

Fabrique toi même un jet d'eau parfait, immobile et sans éclaboussures !

Difficulté

Technique

Durée

10 minute(s)

Disciplines scientifiques

Chimie, Physique

Sommaire

1 Étape 1 - Réunir le matériel
2 Étape 2 - Remplir d'eau le ballon de baudruche
3 Étape 3 - Placer le ruban adhésif sur le ballon de baudruche
4 Étape 4 - Percer le ballon de baudruche
5 Étape 5 - Observations
6 Comment ça marche ?
7 Éléments pédagogiques
8 Commentaires

Licence : Attribution (CC-BY)

Eau, Ballon, écoulement, extérieur Le_jet_d_eau_parfait_IMG_5932_5.jpeg

Matériel et outils

Étape 1 - Réunir le matériel

Une paire de ciseaux
Du ruban adhésif (idéalement assez épais)
Un cutter
Un ballon de baudruche

Étape 2 - Remplir d'eau le ballon de baudruche

Placer le ballon sous le robinet et le remplir d'eau en le maintenant pour éviter les éclaboussures. Ensuite, le fermer en faisant un noeud.

Étape 3 - Placer le ruban adhésif sur le ballon de baudruche

Sécher le ballon avec une serviette et coller 4 morceaux de ruban adhésif de façon à laisser libre un petit carré d'1 cm de côté.

Si vous utilisez un ruban adhésif moins fort, mieux vaut coller deux morceaux par côté.

Étape 4 - Percer le ballon de baudruche

Stabiliser ensuite le ballon en le tenant par le noeud. Avec un cutter, faire un trou dans le petit carré de ruban adhésif.

Attention au risque d'explosion ! (Mieux vaut réaliser cette expérience à l'extérieur ou dans la douche/baignoire).

Étape 5 - Observations

Avec un trou central plus grand, le jet sera plus large, mais le ballon se videra plus rapidement.

Observez comment la structure de l'écoulement évolue le long du jet.

Comment ça marche ?

Observations : que voit-on ?

On observe 2 comportements distincts dans le jet d'eau :

Au début du jet, l'eau est figée et uniforme, elle ne bouge pas.

À la fin du jet, on observe un jet d'eau classique avec des turbulences, et des gouttes qui vont dans tous les sens.

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

L'expérience pourrait être compromise dans le cas où :

Le ballon n'est pas assez rempli d'eau : l'eau n'aura suffisamment voir pas du tout le temps de se stabiliser à la sortie et de créer un écoulement laminaire.

Un autre ustensile (couteau, ciseau, aiguille) que le cutter est utilisé.

Le carré de ruban adhésif est trop petit ou trop grand. Il est important de respecter 1 cm de côté et de bien faire la forme d'un carré (et non un rectangle).

Explications

On pourrait croire que l'eau est figée ou glacée, mais non, il y a bien un écoulement d'eau sauf qu'il est parfait. Le ruban adhésif fait en sorte que l'eau est forcée de sortir par le petit trou. Dans le jet, lorsqu'on est proche du trou, l'eau s'écoule de façon uniforme, et le jet ne change pas d'aspect. Cela s'explique par le fait que le ruban adhésif permet que l'eau se dirige dans un seul sens, et le cutter permet de faire une ouverture suffisamment fine et nette dans le ballon de baudruche, pour ne pas créer de frottements. L'eau va sortir à une certaine vitesse, car la pression issue de l'eau dans le ballon, au début du jet sera assez forte, pour que l'eau se stabilise sur quelques centimètres.

On appelle ce phénomène un écoulement laminaire. Les jets d'eau que nous avons l'habitude de voir sont turbulents, c'est-à-dire que les molécules d'eau partent un peu dans toutes les directions. Dans le cas d'un écoulement laminaire, le fluide s'écoule dans la même direction. Après quelques centimètres, l'écoulement perd son caractère laminaire pour devenir turbulent. Il se sépare en petites gouttes.

Plus d'explications

Pour expliquer ce phénomène : Deux schémas représentant les deux comportements de l'eau observés pendant l'expérience.

Dans le premier schéma, on voit que les flèches qui représentent le mouvement des molécules qui compose l'eau se dirigent toutes dans le même sens. C'est le cas dans la première image de l'étape 4 : le jet d'eau parait figé et le molécules d'eau se dirigent dans le même sens.
Dans le second schéma, on voit que les flèches se dirigent dans des sens différents. C'est le cas dans la seconde image de l'étape 4 : le jet d'eau n'est plus figé et parfait, les gouttelettes vont dans tous les sens. Il y a des turbulences.

Applications : dans la vie de tous les jours

On a déjà pu rencontrer ce phénomène dans la vie de tous les jours, par exemple les jets d'eau laminaire sont souvent utilisés lors de spectacles aquatiques (piscine, fontaine).

Vous aimerez aussi

Si vous avez aimez cette experience, vous pourrez consulter cette vidéo [1] qui explique le phénomène de l'écoulement laminaire.

Éléments pédagogiques

Objectifs pédagogiques

Comprendre le concept d'écoulement laminaire ou turbulent

Pistes pour animer l'expérience

Une mise en scène est possible en demandant aux enfants de remplir les ballons de baudruches d'eau, comme ils peuvent avoir l'habitude de faire pour préparer leur bombes à eau. Puis leur expliquer ensuite, que cette fois-ci les bombes à eau serviront à identifier un phénomène.

Sources et ressources

Dernière modification 1/04/2021 par user:Safia élise.

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 {{Notes
-|Avertissement=Scotch trop fin
+|Observations=<u>'''On observe 2 comportements distincts dans le jet d'eau :'''</u>
+Au  début du jet, l'eau est figée et uniforme, elle ne bouge pas.
+À la fin du jet, on observe un jet d'eau classique avec des turbulences, et des gouttes qui vont dans tous les sens.
+|Avertissement=<u>'''L'expérience pourrait être compromise dans le cas où :'''</u>
+Le ballon n'est pas assez rempli d'eau : l'eau n'aura suffisamment voir pas du tout le temps de se stabiliser à la sortie et de créer un écoulement laminaire.
+Un autre ustensile (couteau, ciseau, aiguille) que le cutter est utilisé.
+Le carré de ruban adhésif est trop petit ou trop grand. Il est important de respecter 1 cm de côté et de bien faire la forme d'un carré (et non un rectangle).
-Ballon pas assez rempli
+<br />
-|Explanations=On pourrait croire que l'eau est figée ou glacée, mais non, il y a bien un écoulement d'eau sauf qu'il est parfait. On appelle ce phénomène un écoulement laminaire. Les jets d'eau que nous avons l'habitude de voir sont turbulents, c'est à dire que l'eau part un peu dans toutes les directions. Dans le cas d'un écoulement laminaire, le fluide s'écoule dans la même direction.
+|Explanations=On pourrait croire que l'eau est figée ou glacée, mais non, il y a bien un écoulement d'eau sauf qu'il est parfait. Le ruban adhésif fait en sorte que l'eau est forcée de sortir par le petit trou. Dans le jet, lorsqu'on est proche du trou, l'eau s'écoule de façon uniforme, et le jet ne change pas d'aspect. Cela s'explique par le fait que le ruban adhésif permet que l'eau se dirige dans un seul sens, et le cutter permet de faire une ouverture suffisamment fine et nette dans le ballon de baudruche, pour ne pas créer de frottements. L'eau va sortir à une certaine vitesse, car la pression issue de l'eau dans le ballon, au début du jet sera assez forte, pour que l'eau se stabilise sur quelques centimètres.
-|Related=Lien vers d'autres expérience sur le site.
-|Objectives=à voir que l'eau peut avoir plusieurs comportement : car le fait de mettre le scotch permet d'orienter le jet d'eau dans une seule direction.
-<br />Déceler une des propriété de l'eau liquide
-|Animation=Bombe à eau --> au lieu de l'exploser et de mouiller les camarades ça va servir à montrer comment un jet d'eau peut-être parfait.
+On appelle ce phénomène un '''écoulement laminaire.''' Les jets d'eau que nous avons l'habitude de voir sont turbulents, c'est-à-dire que les molécules d'eau partent un peu dans toutes les directions. Dans le cas d'un écoulement laminaire, le fluide s'écoule dans la même direction. Après quelques centimètres, l'écoulement perd son caractère laminaire pour devenir turbulent. Il se sépare en petites gouttes.
+|Deepen={{#annotatedImageLight:Fichier:Le jet deau parfait IMG 5936 2.jpg|0=1094px|hash=|jsondata=|mediaClass=Image|type=frameless|alt=Flèches qui se dirigent dans tous les sens|align=center|src=https://www.wikidebrouillard.org/images/4/48/Le_jet_deau_parfait_IMG_5936_2.jpg|href=./Fichier:Le jet deau parfait IMG 5936 2.jpg|resource=./Fichier:Le jet deau parfait IMG 5936 2.jpg|caption=Image 2|size=1094px}}{{#annotatedImageLight:Fichier:Le jet deau parfait IMG 5935 2.jpg|0=1094px|hash=|jsondata=|mediaClass=Image|type=frameless|alt=Flèches qui ne se dirigent pas dans le même sens|align=center|src=https://www.wikidebrouillard.org/images/b/b9/Le_jet_deau_parfait_IMG_5935_2.jpg|href=./Fichier:Le jet deau parfait IMG 5935 2.jpg|resource=./Fichier:Le jet deau parfait IMG 5935 2.jpg|caption=Image 2|size=1094px}}
+<u>'''Pour expliquer ce phénomène :'''</u> Deux schémas représentant les deux comportements de l'eau observés pendant l'expérience.
+*Dans le premier schéma, on voit que les flèches qui représentent le mouvement des molécules qui compose l'eau se dirigent toutes dans le même sens. C'est le cas dans la première image de l'étape 4 : le jet d'eau parait figé et le molécules d'eau se dirigent dans le même sens.
+*Dans le second schéma, on voit que les flèches se dirigent dans des sens différents. C'est le cas dans la seconde image de l'étape 4 : le jet d'eau n'est plus figé et parfait, les gouttelettes vont dans tous les sens. Il y a des turbulences.<br />
+|Applications=On a déjà pu rencontrer ce phénomène dans la vie de tous les jours, par exemple les jets d'eau laminaire sont souvent utilisés lors de spectacles aquatiques (piscine, fontaine).
+|Related=Si vous avez aimez cette experience, vous pourrez consulter cette vidéo [https://www.youtube.com/watch?v=rscpnV5DBSo] qui explique le phénomène de l'écoulement laminaire.
+|Objectives=*Comprendre le concept d'écoulement laminaire ou turbulent
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+<br />
+|Notes=*https://www.youtube.com/watch?v=rscpnV5DBSo
+*https://www.tiktok.com/@docnozman/video/6919527225763089666?_d=secCgYIASAHKAESMgowaTVmHoQHPmoZgEcBTT8MPEeWMWZ7pv0tiyRATwHZXaKepPAyQI2ZAwBDGSzCJoIqGgA%3D&language=fr&preview_pb=0&sec_user_id=MS4wLjABAAAAjI729sX3I4ffhEa-02Mlgo4pmAQ6arZQmUHxkb-8m_3R7llqxNrHmxpUH6iKq99j&share_item_id=6919527225763089666&share_link_id=7CB08AEB-043F-42A4-BC65-A04268636FD7&timestamp=1616949791&tt_from=copy&u_code=d4283920d3i5jf&user_id=6642374349658931206&utm_campaign=client_share&utm_medium=ios&utm_source=copy&source=h5_m
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