- Matériel et outils
Étape 1 - Rassembler le matériel
Il te faut essentiellement un sachet de thé et de quoi y mettre le feu.
Prépare le sachet de thé :
- Découpe la partie supérieure du sachet de thé.
- Vide le contenu du sachet.
- Déplie le sachet de manière à obtenir un tube.
Prépare ton feu.
Étape 2 - Mise à feu
- Dispose le tube verticalement sur un plan qui ne craint pas le feu. (Ici c'est un couvercle de bocal mais ça peut être autre chose).
- Enflamme le haut du tube avec une allumette.
- Attention au décollage !
Alors, ça a marché ?
Comment ça marche ?
Observations : que voit-on ?
Le sachet de thé décolle après s’être consumé.
Puis il retombe doucement.
Mise en garde : qu'est-ce qui pourrait faire rater l'expérience ?
Certains sachets ne décollent pas, une différence de papier peut-être.
Mettre le feu un peu trop lentement à tous les côtés du sachet peut rendre le décollage moins impressionnant.
Explications
As-tu essayé de réceptionner le reste du sachet dans ta main quand il retombe ? Combien pèse-t-il ?
Quand on a mis le feu au sachet de thé, la combustion a chauffé l'air aux alentours. Cet air plus chaud s'est précipité vers le haut ("la chaleur monte, le froid descend"). Au début, le sachet de thé est un peu trop lourd pour être entraîné vers le haut avec ce courant d'air chaud mais plus il brûle, plus il devient léger, au point qu'il finit par l'être assez pour se laisser emporter !
Plus d'explications
La thermodynamique propose que, dans la matière à l'état gazeux, il existe une relation de proportionnalité entre d'un côté la pression P et le volume V et de l'autre côté la quantité de matière n et la température T : PV∝nT, ou P*V = n*T*R (R étant une constante).
Sachant que la quantité de matière est directement proportionnelle à la masse.
Plus l’air est chaud, moins il est dense : pour une même quantité de matière d’air, le volume sera plus élevé... Ou pour un même volume d'air, celui-ci sera constitué de moins d'espèce chimique, donc sera moins. Quand l’air est assez chaud, il devient telle plus léger que l’air ambiant qu'il peut faire décoller notre sachet de thé !
Entre les fibres du papier d'un sachet de thé, il y a des vides qui peuvent être occupés par de l’air. C'est cet air emprisonné à l’intérieur de ces fibres qui va chauffer, diminuer de densité, et finir par rendre tout le sachet plus léger que l'air ambiant quand le sachet brûlera.
Applications : dans la vie de tous les jours
Les flammes des briquets, des allumettes ou de la gazinière vont vers le haut.
C’est aussi le principe des montgolfières.
Normalement, les montgolfières (l’ensemble ballon et nacelle) sont plus lourdes que l’air, elles restent « clouées » au sol. Pour les faire décoller, on fait chauffer l’air à l’intérieur d’un ballon grâce à un brûleur. Quand on atteint une température assez haute, l’air chaud emprisonné dans le ballon compense le poids de la montgolfière et peut alors emporter le ballon avec la nacelle, la faisant décoller.
Notons, qu’il faut plusieurs dizaines de minutes pour que l’air à l’intérieur du ballon soit assez chaud pour permettre à la montgolfière de décoller.
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Éléments pédagogiques
Objectifs pédagogiques
- Comprendre le principe de densité
- Comprendre la différence entre l’air chaud et l’air froid
Pistes pour animer l'expérience
Cette expérience est intéressante avec un ensemble d’expérience sur l’air. On peut commencer par l’expérience « Ma chandelle fait grimper l’eau », qui met en évidence le fait que l’air froid prend moins de place que l’air chaud.
On peut ensuite passer par cette petite expérience qui viendra expliquer un peu plus en détail le phénomène, mais surtout servira à mieux expliciter le principe de densité.
On peut enfin finir par la construction d’une mini-montgolfière (Expérience « La montgolfière s’envoie en l’air »)
Feu = danger. Pour limiter les risques, réalisons cette expérience dans un endroit à l'abri du vent (en intérieur et fenêtres fermées, c'est pas mal). Avoir de quoi éteindre le feu (un extincteur, sinon un verre d'eau on fait ce qu'on peut) est également une idée.
En plus d'une expérience de physique amusante, cette manipe est aussi un "truc" de pilier de bar pour épater les copains sur le zinc, alors n'oublions pas la physique derrière !
Dernière modification 16/07/2021 par user:Steph vif.
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