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Version du 20 mars 2020 à 15:53
Comment faire entrer un ballon gonflé dans une bouteille sans le moindre effort ?
Difficulté
Facile
Durée
5 minute(s)
Disciplines scientifiques
Physique
- Matériel et outils
Bouteille de verre 
Une bouteille, mais en verre quoi.
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.
Papier 
Le papier (du latin papyrus) est une matière fabriquée à partir de fibres cellulosiques végétales. Il se présente sous forme de feuilles minces et est considéré comme un matériau de base dans les domaines de l’écriture, du dessin, de l’impression, de l’emballage et de la peinture. Il est également utilisé dans la fabrication de composants divers, comme les filtres.
L’histoire du papier remonte à l’Antiquité. Le papier porteur d’un message le plus ancien connu à ce jour date de l’an 8 av. J.-C. et a été trouvé en Chine.
Allumette 
Une allumette est une petite tige de bois (généralement du peuplier, parfois de saule), de carton ou de chiffon, destinée à créer une flamme par friction avec son extrémité enduite d'un produit chimique inflammable, après quoi elle n'est plus utilisable.
Le mot « allumette » date des environs de l'an 1200 pour désigner une petite bûche destinée à faire prendre le feu.
Ballon de baudruche 
Un ballon gonflable fait d'une membrane en caoutchouc qui se tend quand on souffle dedans.
Étape 1 - Réunir le matériel
Un ballon rempli d'eau
Une bouteille en verre (grande bouteille !)
Du papier
Des allumettes
Étape 2 - Fabrication et protection de notre ballon
Verser de l’eau dans le ballon de baudruche jusqu’à ce qu'il atteigne la taille d'un œuf. Nouer l'embouchure.
Étape 3 - Insérer le coton
Prendre un morceau de coton, étirer le coton puis faire tomber le coton à l'intérieur de la bouteille.
Étape 4 - Allumer le Feu !
Disposer une petite quantité de coton sur le goulot de la bouteille et l'enflammer avec une allumette.
Étape 5 - Attention ça brûle
Pousser le coton enflammé au fond de la bouteille (on peut s'aider d'une tige pour éviter de se brûler). Le premier coton placé au fond de la bouteille doit s'enflammer.
Étape 6 - Effet aspirateur
Poser rapidement le ballon de baudruche sur le goulot de la bouteille (le plus verticalement possible).
Comment ça marche ?
Observations : que voit-on ?
Le ballon de baudruche sautille d'abord sur le goulot puis est aspiré au fond de la bouteille sans que l'on ait à le toucher.
Explications
En brûlant, le coton chauffe l'air à l'intérieur de la bouteille, ce qui provoque la dilatation de l'air : il prend plus de place. Une partie s'échappe de la bouteille : le ballon de baudruche sautille.
Puis la flamme s'éteint et l'air se comprime (en refroidissant, il prend moins de place) en aspirant avec lui le ballon de baudruche qui bouche parfaitement le goulot de la bouteille
Plus d'explications
L'air chauffe au début de l'expérience quand l'ensemble du coton s'enflamme, il prend par conséquent plus de place (il se dilate comme dans cette expérience : Bouchon qui se soulève). Puis le feu s'éteint lorsqu'il manque d'oxygène.
Comme il n'y a plus de feu, l'air chauffé refroidit et donc se contracte.
La pression baisse dans la bouteille, il se crée par conséquent une différence de pression entre l'air situé à l’intérieur de la bouteille et l'air extérieur (qui se trouve à la pression atmosphérique). La différence de pression provoque une force de l'extérieur vers l'intérieur de la bouteille due à la création d'un vide créé par la contraction de l'air. Le ballon de baudruche est ainsi aspiré à l'intérieur de la bouteille.
Applications : dans la vie de tous les jours
On observe le même principe lorsque nous nageons au fond d'une piscine et que nous avons mal aux oreilles : l’eau de la piscine pousse sur nos oreilles pour y entrer, car la pression est moins forte dans notre oreille interne qu'au fond de la piscine. La pression de l’eau augmente en fonction de la profondeur, plus nous nageons profondément plus la pression est élevée.
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Rétraction de l’air
Éléments pédagogiques
Objectifs pédagogiques
– Comprendre que la densité de l’air dépend de la température
– Comprendre les concepts de dilatation et de compression
– Montrer qu’une différence de pression crée une aspiration
Pistes pour animer l'expérience
Amener l'expérience sous forme de défi. Le défi peut être formulé ainsi « Comment faire entrer le ballon sans forcer avec les mains ou avec un objet ? Vous avez juste le droit de déplacer le ballon sans le déformer. »
Présenter le matériel principal de l'expérience : le ballon rempli d'eau et la bouteille en verre. Proposer ensuite une liste de matériel annexe dans laquelle se trouvera le coton, les allumettes et du matériel inutile.
Sources et ressources
La dilatation thermique
Dernière modification 25/03/2020 par user:Clément Levassort.
Published