Nous allons voir comment fabriquer ce défi ludique et plongeant qu'est le Ludion !
Difficulté
Facile
Durée
30 minute(s)
Disciplines scientifiques
Physique
Sommaire
- 1 Introduction
- 2 Video d'introduction
- 3 Étape 1 - Réunissez le matériel
- 4 Étape 2 - Coupez la paille, repliez-là, scotchez-là
- 5 Étape 3 - Enfilez 3 trombones dans la paille
- 6 Étape 4 - Réglez le Ludion
- 7 Étape 5 - Mettez le Ludion dans la bouteille pleine d'eau
- 8 Étape 6 - Alternative à la paille en plastique
- 9 Comment ça marche ?
- 10 Éléments pédagogiques
- 11 Commentaires
Introduction
Comment faire descendre au fond de la bouteille, ce petit dispositif flottant ?
Avant de jouer avec, nous allons le fabriquer !
Youtube
- Matériel et outils
Bouteille plastique 
Une bouteille, mais en plastique quoi
Ciseaux 
Un paire de ciseaux est un outil comportant deux lames mobiles articulées qui glissent l'une sur l'autre pour trancher les matériaux minces.
Trombone 
Un trombone est un petit objet utilisé pour maintenir solidairement une liasse de feuilles de papier.
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.
Paille 
Une paille, ou chalumeau, est un tube léger, généralement fait en plastique, dont on se sert pour aspirer, et le plus souvent boire, un liquide.
Bocal 
Généralement en verre, le bocal peut être selon l’usage et l’époque ; en faïence, en grès ou en céramique. Parmi les avantages du verre, on peut noter la transparence permettant de voir son contenu et la possibilité de facilement désinfecter en chauffant à haute température.
Le couvercle de bocaux servant aux conserves comporte un joint de caoutchouc (généralement orange, voir photo ci-dessous). Il est relié au pot par un dispositif mécanique qui permet de le plaquer fermement sur l'orifice pour assurer l’étanchéité de la fermeture.
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.
Étape 1 - Réunissez le matériel
Étape 2 - Coupez la paille, repliez-là, scotchez-là
Coupez la paille de telle manière qu'elle se plie en deux parfaitement puis scotchez-la.
Étape 3 - Enfilez 3 trombones dans la paille
Enfilez un trombone dans chaque paille et le troisième dans les deux premiers.
Étape 4 - Réglez le Ludion
Plongez le Ludion dans l'eau et chassez un peu d'air en appuyant sur la paille (des bulles s'échappent)
Il faut que le Ludion flotte à peine.
Étape 5 - Mettez le Ludion dans la bouteille pleine d'eau
Remplissez la bouteille à ras bord puis déposez délicatement le Ludion dans la bouteille (en veillant à ce que l'eau qui est entrée dans la paille y reste).
Refermez la bouteille... C'est prêt !
Appuyez sur la bouteille et le Ludion descend, relâchez et il remonte !
S'il est difficile de le faire couler, recommencez l'étape précédente en chassant plus d'air pour qu'il soit juste à la limite de la flottabilité.
Étape 6 - Alternative à la paille en plastique
On peut assez facilement remplacer la paille en plastique par quelque chose de plus durable : un tube à essai en plastique.
Découper le haut du tube à essai et garder environ 4 cm. Accrocher trombones et autres petits objets pour avoir un bon contrepoids. On peut aussi faire des trous dans le tube avec une vrille pour ajuster le bon équilibre des forces.
L'objet obtenu est un poil plus dur à repecher mais ça se fait tout de même assez bien.
Enfin avec ce système on voit très bien l'air être compressé quand on appui
Comment ça marche ?
Observations : que voit-on ?
Lorsque l'on appuit sur la bouteille, le ludion descend. Plus la force exercée par les mains est importante, plus le Ludion descend. Il est possible de le stabiliser au milieu de la colonne d'eau en ajustant la force exercée.
Mise en garde : qu'est-ce qui pourrait faire rater l'expérience ?
La flottabilité du Ludion est le paramètre principal.
S'il y a trop d'air dans la paille (ou si les trombones s'avèrent trop légers), il sera difficile, voire impossible, de faire couler le Ludion.
S'il reste de l'air dans la bouteille (parceque vous ne l'avez pas remplie à ras bord par exemple) il sera aussi plus difficile de faire descendre le Ludion.
Explications
C'est l'air contenu dans la paille qui permet au Ludion de flotter.
Lorsque l’on appuie sur les parois de la bouteille, l’eau monte à l’intérieur du Ludion. L'air prend alors moins de place et le Ludion est entrainé vers le bas par le poids des trombones.
Plus d'explications
Ce qui fait que les choses flottent c'est la poussée d'Archimède. C'est ainsi qu'on nomme la force qui nous fait flotter dans l'eau. Cette poussée d'Archimède, c'est la poussée de l'eau sur l'objet qui est dans l'eau. elle égale au poids du volume d'eau déplacé par l'objet.
Applications : dans la vie de tous les jours
C'est un phénomène bien connu des plongeurs. En effet, plus le plongeur descend (donc plus la pression qui s'exerce sur lui augmente), plus il doit insuffler une quantité d'air importante dans sa bouée pour se stabiliser.
Par exemple, à 30m de profondeur la pression est de 4 bars (il y a une pression de seulement 1 bar à la surface). Le plongeur doit alors mettre 4 fois plus d'air dans sa bouée et ce pour un volume constant : à la surface comme au fond, la bouée du plongeur ne peut pas contenir plus de 40L d'air en moyenne. À 30 mètres de profondeur, on met l'équivalent de 40x4 litres d'air soit 160 litres d'air.
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Un peu d'histoire !
Le diable cartésien (ou ludion) est un dispositif utilisé depuis 350 ans pour expliquer et enseigner certains phénomènes physiques. Cependant, son origine et ses noms ont fait l'objet de controverses. L'appareil a été employé dans divers contextes (religieux, magiques, philosophiques, commerciaux, éducatifs, etc.), ce qui a conduit à de nombreuses adaptations et appellations.
La diversité des noms pour le diable cartésien est liée à son large usage historique, tout comme les plantes qui ont plusieurs noms en raison de leur popularité et de leur utilité. Bien que son nom latin, diabolus Cartesianus, ait connu une large diffusion, René Descartes n’est ni l’inventeur ni le promoteur de cet appareil. L’article vise à clarifier les origines des noms, leurs premiers usages et leurs significations.
Origines du diable cartésien :
- Le diable cartésien remonte à la Renaissance expérimentale européenne. Son invention est attribuée à Raffaello Magiotti, un scientifique italien, qui a expliqué son fonctionnement en 1648.
- Des scientifiques tels que Kircher et Magiotti ont utilisé cet appareil dans des démonstrations physiques, mais aussi dans des contextes magiques ou religieux. Par exemple, Kircher a utilisé des figurines en verre pour représenter des scènes chrétiennes comme l'Annonciation ou la Résurrection.
- Cet appareil a également été mêlé à des pratiques occultes, comme l’alchimie de Paracelse ou la fabrication d’homunculus (hommes miniatures).
Principaux noms :
- Scherzo (Broma) :
- En italien, ce terme désigne une "farce". Magiotti a utilisé ce nom en 1648 pour désigner une démonstration où l’air comprimé à l’intérieur d’une petite bouteille de verre provoque des mouvements contrôlés.
- Experimentum Romanum (Expérience romaine) :
- Ce nom est utilisé par Kircher en 1654 pour désigner une variante de l'appareil montrant des mouvements verticaux en fonction de la pression exercée sur l’eau.
- Diabolus Cartesianus (Diable cartésien) :
- Mentionné pour la première fois par Teichmeyer en 1712, ce terme est devenu populaire grâce aux ouvrages scientifiques de l'époque, notamment ceux de Christian Wolff et de ses traducteurs.
- Täucherlein (Petit plongeur) :
- Utilisé par Wolff en 1722 pour décrire l’appareil. Ce nom faisait référence à la similitude avec les cloches de plongée, déjà connues à l'époque.
- Ludion :
- Le terme apparaît plus tardivement, introduit par De Lafond en 1775. Il est devenu commun dans la littérature française pour désigner cet appareil.
- Daemunculus Helmontianus (Petit démon helmontien) :
- Une dénomination plus rare, utilisée au XVIIIe siècle, qui relie l’appareil à des pratiques alchimiques ou occultes.
Conclusions :
- Le diable cartésien a une origine italienne, mais sa popularisation s’est faite principalement en Allemagne et en France, grâce à des traductions et à des adaptations.
- Bien que le nom fasse référence à Descartes, il n’a aucun lien direct avec l’appareil. Descartes n’a jamais évoqué ni expliqué cet instrument.
- L’appareil a acquis des noms différents en fonction des contextes et des interprétations : scientifique, éducatif, magique ou même religieux.
- Le rôle de Raffaello Magiotti en tant qu’inventeur a été reconnu tardivement, au XIXe siècle, grâce au travail d’historiens comme Govi.
Source de cette histoire :
https://zaguan.unizar.es/record/145504/files/texto_completo.pdf
voir aussi : http://web-ter.unizar.es/cienciate/expo/
Éléments pédagogiques
Pistes pour animer l'expérience
On peut par exemple proposer différentes mise en scène :
- Défi : Proposer un Ludion tout fait et lance le défi de faire le descendre le Ludion au fond de la bouteille
- Spectaculaire : faire comme si il y avait un fil invisible sous le Ludion, faire semblant de tirer dessus en appuyant discrètement et le Ludion suivra le mouvement de votre main qui tire sur le fil invisible. Demander aux participants de tirer le fil invisible ou de trouver la solution.
- Spectaculaire : faire un détecteur de vrai ou faux trucs (vraie bague ou fausse montres,...) et dire quand le Ludion descend que ça détecte un "vrai" ou "faux". Puis lancer la discussion pour découvrir le vrai mécanisme du Ludion.
- Scientifique : demander au groupe de refaire le Ludion.
On peut enchainer juste après avec une petite expérience montrant la non compressibilité de l'eau.
Prendre une seringue, boucher l'extremité avec un doigt et compresser l'air à l'intérieur.
Remplir la seringue avec de l'eau et essayer de faire de même.
Puis refaire le lien avec le ludion.
Sources et ressources
Dernière modification 16/12/2024 par user:Antonydbzh.
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