Fabrique toi même un jet d'eau parfait, immobile et sans éclaboussures !
Difficulté
Technique
Durée
10 minute(s)
Disciplines scientifiques
Chimie, Physique
- Matériel et outils
Ballon de baudruche 
Un ballon gonflable fait d'une membrane en caoutchouc qui se tend quand on souffle dedans.
Ruban adhésif 
Un ruban adhésif ou papier collant (Belgique) est un ruban recouvert de substance adhésive. Il se présente généralement sous la forme d'un rouleau dont la face externe est non adhésive. Il est utilisé notamment pour lier des objets entre eux ou simplement pour recouvrir un objet d'un film protecteur.
Cutter 
Un cutter (ou couteau à lame rétractable) est un outil qui permet de couper des matériaux fins et peu résistants. Il est en général muni d'une lame mobile qui est masquée lorsque l'objet n'est pas utilisé (pour plus de sécurité).
Paire de ciseaux 
Outil tranchant qui permet de couper divers matériaux.
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.
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).
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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
- 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×tamp=1616949791&tt_from=copy&u_code=d4283920d3i5jf&user_id=6642374349658931206&utm_campaign=client_share&utm_medium=ios&utm_source=copy&source=h5_m
Dernière modification 1/04/2021 par user:Safia élise.
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