Voir la source de Voiture propulsée par un ballon

{{Tuto Details
|Main_Picture=Voiture_propuls_e_par_un_ballon_IMG_20200325_151257.jpg
|Licences=Attribution (CC-BY)
|Description=Comment fabriquer une petite voiture et la propulser à l’aide d’un simple ballon de baudruche ?
|Disciplines scientifiques=Mechanics, Physics
|Difficulty=Technical
|Duration=45
|Duration-type=minute(s)
|Tags=mouvement, transport, objet roulant
}}
{{Introduction}}
{{TutoVideo
|VideoType=Mp4
|mp4video=VID 20200325 232642.mp4
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{{Materials
|ItemList={{ItemList
|Item=Ballon de baudruche
}}{{ItemList
|Item=Règle
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|Item=Bouchon plastique
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|Item=Pic à brochette
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|Item=Ruban adhésif
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|Item=Paille
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|Item=Vrille
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|Item=Ciseaux
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|Item=Crayon gris
}}
}}
{{Tuto Step
|Step_Title=Préparation du materiel et de l'environment
|Step_Content=Pour fabriquer ta voiture ballon, il te faut :


•     Un [http://www.wikidebrouillard.org/index.php/Ballon_de_baudruche ballon de baudruche]

•     4 [http://www.wikidebrouillard.org/index.php/Bouchon bouchons] de [http://www.wikidebrouillard.org/index.php/Bouteille bouteille]  en plastique

•     Du carton

•     2  [http://www.wikidebrouillard.org/index.php/Pic_à_brochette pics à brochette]

•     Du ruban adhésif

•     Trois pailles (ou tubes de stylos démontables)

•     Vrille

•     Un crayon

•     Une règle

•     Des ciseaux
|Step_Picture_00=Voiture_propuls_e_par_un_ballon_mat_riel-2.jpg
}}
{{Tuto Step
|Step_Title=Découpage
|Step_Content=- Découpe un petit morceau de carton. 

- Trace des lignes bien parallèles aux bords du carton et découpe les pailles un peu plus grandes que la largeur du carton.
|Step_Picture_00=Voiture_propuls_e_par_un_ballon_tape_1.jpg
|Step_Picture_01=Voiture_propuls_e_par_un_ballon_tape_4.jpg
}}
{{Tuto Step
|Step_Title=Préparation des roues
|Step_Content=- Perce les bouchons au centre pour en faire des roues.
|Step_Picture_00=Voiture_propuls_e_par_un_ballon__tape_2.jpg
|Step_Picture_01=Voiture_propuls_e_par_un_ballon__tape_3.jpg
}}
{{Tuto Step
|Step_Title=Utilisation des pailles
|Step_Content=- Enfiler ensuite les deux baguettes de bois chacune dans une paille.
}}
{{Tuto Step
|Step_Title=Montage des roues
|Step_Content=Fixe un bouchon de chaque côté des deux baguettes, sans bloquer la paille.

Il faut que les roues tournent facilement si on tient délicatement la paille.
|Step_Picture_00=Voiture_propuls_e_par_un_ballon__tape_5.jpg
|Step_Picture_01=Voiture_propuls_e_par_un_ballon__tape_6.jpg
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{{Tuto Step
|Step_Title=Encore un histoire de fixation
|Step_Content=Fixer les pailles bien droites sur le carton avec du ruban adhésif, le long des lignes tracées
|Step_Picture_00=Voiture_propuls_e_par_un_ballon__tape_7-2.jpg
|Step_Picture_01=Voiture_propuls_e_par_un_ballon__tape_8.jpg
}}
{{Tuto Step
|Step_Title=Ensuite ....et non, ce n'est pas fini !
|Step_Content=- Coupe un morceau de paille (si possible de gros diamètre) puis rentre le dans le ballon.

- Scotcher le ballon bien serré autour de la paille pour qu'il n'y ait pas de fuite, mais sans écraser la paille !

<br />
|Step_Picture_00=Voiture_propuls_e_par_un_ballon__tape_10.jpg
|Step_Picture_01=Voiture_propuls_e_par_un_ballon__tape_11.jpg
}}
{{Tuto Step
|Step_Title=On passe au montage final
|Step_Content= - Colle le ballon sur la voiture au niveau de la paille.


Voilà, c'est prêt !
|Step_Picture_00=Voiture_propuls_e_par_un_ballon__tape_12-2.jpg
}}
{{Tuto Step
|Step_Title=On y met de l'air
|Step_Content= Souffle dans le morceau de paille pour gonfler le ballon puis pince la paille avec le doigt.
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}}
{{Tuto Step
|Step_Title=C'est parti on roule !
|Step_Content= - Pose la « voiture » sur une table et laisse l'air s'échapper du ballon !


Oups ! sur le sol ça ira plus loin....
}}
{{Notes
|Observations=Lorsque le ballon se dégonfle, la voiture avance.

<br />
|Avertissement=Si les roues frottent sur la voiture, si le ballon est mal fixé ou si le ballon fuit.
|Explanations=L’[http://www.wikidebrouillard.org/index.php/Air air] expulsé est responsable du mouvement de la voiture.

La voiture avance donc dans le sens inverse de l’expulsion de l’[http://www.wikidebrouillard.org/index.php/Air air].

L’air dans le ballon est sous pression. Lorsque le ballon se gonfle, le matériau élastique utilisé pour fabriquer le ballon s’étire et comprime l’air emprisonné. Plus le ballon est gonflé, plus l’air est sous pression.

Lorsque l’ouverture du ballon est libérée, l’air contenu dans celui-ci s’échappe, propulsant ainsi la voiture.

C'est le principe d'action-réaction.
|Deepen=Lorsque le ballon est gonflé, une tension est imposée par la surface élastique en caoutchouc, en réponse à sa déformation (ici c’est une dilatation dont l'allongement relatif sera fonction du module d'Young qui entre lui même en jeu, dans l'expression de la contrainte que l'on impose en gonflant) impose une pression à l'intérieur de celui-ci. On rappelle que la loi de Hooke dit que : 

Avec σ (en Pascal) égale à une contrainte soit où F est une force (en Newton) et S la surface (en m²) sur laquelle la force agit.

Avec E (en Pascal) le module d'Young

Avec ε l'allongement relatif

Mais intéressons-nous à l'explication de cette tension que l'on retrouve dans de nombreux milieux élastiques et qui impose cette force de restitution, force qui tend à ramener le matériau dans sa configuration non étirée. 

Le caoutchouc est constitué de molécules flexibles, reliées entre elles par des liaisons appelées des cross-link.

Ces derniers sont introduits pendant la vulcanisation du latex (voir la fiche sur les [http://www.wikidebrouillard.org/index.php/Ballon_de_baudruche ballons de baudruche]), c'est à dire au moment où on le mélange avec du soufre pour le rendre plus résistant. Dans la configuration initiale, les molécules du ballon ont une position allongée puis, avec l'étirement, elles se redressent, la distance inter cross-link augmente alors.

Durant cet étirement, si l'on raisonne thermodynamiquement, il est possible d'observer une diminution de l'entropie (c’est le « degré de désorganisation » d’un système moléculaire). Lorsque le morceau de caoutchouc n'est pas tiré, il existe des mouvements aléatoires entre les cross-link. Puisque aucune direction n'est privilégiée, il en résulte une entropie maximale (les molécules sont donc très désorganisées). Puis si on étire ce morceau, le redressement des molécules impose la diminution de l'entropie (plus on étire le ballon, plus les molécules sont « rangées ») : l'énergie libérée diminue alors et l'énergie dans le matériau est celle qui tend à ramener les molécules dans leurs configuration initiale, soit à minimiser la distance entre les cross-link. En d’autres termes, plus on étire le ballon, plus il tend à vouloir reprendre sa forme initiale.
|Applications=C’est pour cela que, plus on gonfle un ballon, plus on a du mal à le gonfler. il va opposer une résistance de plus en plus forte, à mesure qu’il va grossir.

Mais si on le gonfle trop, celui-ci explose. La pression exercée par l’air, à l’intérieur du ballon, étant trop forte, les liaisons se rompent et il finit par se déchirer.
|Related=•   [http://www.wikidebrouillard.org/index.php/Un_ballon_à_réaction Un ballon à réaction]

•    Balade thématique sur l''''[http://www.wikidebrouillard.org/index.php/Air air]'''

'''Autres expériences'''

•     Principe de l’[https://www.edumedia-sciences.com/fr/media/80-principe-daction-reaction action-réaction]

•     Différentes façons d’utiliser l’air pour propulser [http://www4.ac-nancy-metz.fr/ia57science/spip.php?article64 ici].

'''Deux courtes''' [http://eduscol.education.fr/orbito/lanc/princip/princip3.htm expériences] '''pour mieux comprendre le principe d’action-réaction'''
|Objectives=•     Comprendre le principe d’action-réaction

•     Introduction au principe d’entropie

•     Comprendre la pression de l’air
|Animation=Cette animation peut être intéressante si on la présente comme un concours d’idées. On peut demander aux participants de quelle manière on pourrait faire rouler une voiture avec de l’air.

Il y a principalement deux réponses à cette question. Soit prendre le principe des chars à voile, en installant une voile sur la voiture et en la faisant avancer grâce au vent (on peut le faire en extérieur si le temps et le vent le permettent, ou créer du vent artificiel grâce à un ventilateur), ou cette solution, moins naturelle mais ne demandant aucun matériel supplémentaire.

De plus, la construction de la voiture « boîte d’allumette » peut aussi être un défi, en présentant aux participants les différents matériaux et en leur demandant de construire une voiture à quatre roues grâce à cela.

<br />
|Notes=Principe de l’[http://www.futura-sciences.com/sciences/definitions/physique-entropie-3895/ entropie] pour aller plus loin
}}
{{Tuto Status
|Complete=Draft
}}