Les boules

On peut faire tenir en l’air des boules par le procédé suivant.

pneuma52.gif

 

Au-dessous d’une chaudière qui renferme de l’eau et qui est fermée à sa partie supérieure, on allume du feu. Du couvercle part un tube qui s’élève verticalement et à l’extrémité duquel se trouve, en communication avec lui, un hémisphère creux. En plaçant une boule légère dans cet hémisphère, il arrivera que la vapeur de la chaudière montant à travers le tube, soulèvera la boule de manière qu’elle restera suspendue. 

Lévitation d'une balle avec un sèche-cheveux

Voilà une expérience assez impressionnante et amusante que chacun peut réaliser à la maison facilement : faire flotter une balle dans un flux d'air.

Matériel

Un sèche-cheveux assez puissant et soufflant de l'air froid

Une balle de ping-pong, des balles en polystyrène de différents diamètres

Un tube en carton de diamètre plus grand que les balles

Expérience

Allumer le sèche-cheveux et le placer de telle sorte que le souffle soit vertical et dirigé vers le haut.

Dans le flux d'air, placer une balle. On observe que la balle se met "en lévitation" dans l'air, en bougeant autour d'une position d'équilibre.

Pousser légèrement la balle avec un doigt pour l'écarter de sa position d'équilibre. Celle-ci s'empresse de revenir au centre du flux d'air.

Si l'on incline le sèche-cheveux, le flux n'est plus vertical, mais la balle reste "suspendue" dans le souffle. On peut aller jusqu'à un angle d'inclinaison d'environ 45° avant que la balle ne se "décroche" !

Explications

Il n'est pas facile d'expliquer simplement ce phénomène. On explique ce phénomène par la relation qui existe entre la vitesse d'un fluide à un endroit et sa pression à cet endroit, que les physiciens appellent "théorème de Bernoulli".

Ce théorème, auquel correspond une formule mathématique compliquée, dit (résumé de manière simpliste ici) que la pression d'un fluide diminue quand sa vitesse augmente. Un fluide peut aussi bien être un liquide qu'un gaz. En quelque sorte, dans un flux d'air qui se déplace rapidement, il se crée une dépression dans laquelle la balle est attirée. Bien sûr, la balle est aussi attirée par le sol en raison de sa masse et la force due à la gravitation.

En position verticale, la balle se retrouve en lévitation, par compensation de son poids (vecteur P) et des frottements de l'air sur elle (vecteur F).

Lorsqu'on écarte légèrement la balle de sa position d'équilibre avec un doigt (vecteur D), on l'éloigne alors de la zone centrale où la vitesse de l'air est maximale, et où la dépression est la plus forte. Une nouvelle force est appliquée sur la balle, qui tend à la ramener dans la position centrale (vecteur B).

Si maintenant on incline légèrement le flux d'air, la balle reste dans le flux, sans tomber. Dans ce cas, la balle est soumise à 3 forces : son poids (qui est toujours le même, P), les frottements de l'air sur elle (F), et une force (B) due à la différence de pression entre l'axe du flux d'air et l'endroit où se trouve la balle.

levitation-verticale-seche-cheveux.gif 

Flux d'air vertical.

 levitation-verticale-balle-bernoulli.gif

Balle en équilibre dans un flux d'air vertical.

 

 levitation-verticale-balle-perturbee-bernoulli.gif

Balle en déséquilibre dans un flux d'air vertical, quand on la pousse avec un doigt.

 levitation-inclinee-balle-bernoulli.gif

 

Balle en équilibre dans un flux d'air incliné.

C'est en raison du même effet que les avions et hélicoptères peuvent voler ! Les ailes ou les pales ont un profil géométrique tel que, lorsqu'elles se déplacent relativement à l'air, il se crée une dépression sur le dessus de l'aile. Ainsi, une force opposée au poids s'exerce sur l'engin, et celui-ci peut s'envoler.

C'est aussi cet effet qui est responsable de l'"effet Venturi", que l'on retrouve par exemple dans les anciens brumisateurs et flacons de parfum, ou dans les trompes à eau de laboratoire servant à faire des filtrations sous pression réduite.

L'effet Magnus, dérivé de l'effet Venturi, explique la propulsion de certains bateaux sans voile. Il se peut que cet effet intervienne sur les balles en rotation dans le flux du sèche-cheveux.

Ajouter un commentaire

Vous utilisez un logiciel de type AdBlock, qui bloque le service de captchas publicitaires utilisé sur ce site. Pour pouvoir envoyer votre message, désactivez Adblock.

Créer un site gratuit avec e-monsite - Signaler un contenu illicite sur ce site