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Version du 25 mars 2020 à 20:11
Une bouteille, un bouchon et un bouchon qui saute !
Difficulté
Facile
Durée
15 minute(s)
Disciplines scientifiques
Physique
Introduction
À l'aide d'une bouteille, tente de faire sauter un bouchon.
Mp4
Bouchon_sauteur_MP4.mp4
- Matériel et outils
Bouteille de verre 
Une bouteille, mais en verre quoi.
Bouchon plastique 
permet de fermer une bouteille hermétiquement ou de faire beaucoup d’expériences
Eau 
L'eau est une substance essentielle à la vie. Transparente, sans goût et sans odeur, on la consomme le plus souvent dans son état liquide.
Récipient
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Récipient
Bouilloire 
La bouilloire est un ustensile de cuisine utilisé pour porter un liquide à ébullition. Elle est généralement utilisée pour la préparation du thé. Il existe deux principaux types de bouilloires : les bouilloires en métal que l'on chauffe de façon externe et les bouilloires électriques, disposant d'un chauffage intégré.
Liquide vaisselle 
Une solution détergente qui sert à laver la vaisselle.
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
Ce phénomène est étudié avec des modèles mathématiques qui permettent de décrire
- la pression en pascal (dans notre expérience, c'est elle qui va pousser le bouchon)
- l'évolution du volume en mètre cube (ici l'évolution du volume d'air dans la bouteille)
- la quantité de matière en mole (qui est toujours la même pour une matière donnée, gazeuse, liquide ou solide)
- la température absolue qui est mesurée en kelvin et non en degrés (cette température évolue dans notre expérience par notre action)
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)
Cette relation se traduit par l'équation des gaz parfaits : PV=nRT
Dans cette expression,
- P -> est la pression du gaz (en pascal) ;
- 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 J K−1 mol−1
- T -> est la température absolue (en kelvin)
Plus d'informations sur la page gaz parfait de wikipédia.
Applications : dans la vie de tous les jours
- 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.
- 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
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.
Published