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C'est peut-être mieux de placer la bouteille pleine au-dessus d’un évier ou d’une bassine...
Réalisation de l’expérience
Prenez une bouteille en plastique vide de 0,5 l, et remplissez-la d’eau du robinet. Veillez à bien remplir la bouteille à ras bord. Toutes les bouteilles ne conviendront pas pour cette expérience ; le goulot ne doit pas être trop petit. Dans notre expérience, le goulot a un diamètre intérieur de 2,5 cm.
Placez la bouteille pleine au-dessus d’un évier ou d’une bassine (au cas où l’expérience ne réussirait pas du premier coup...). Placez une balle de ping-pong sur le goulot de la bouteille, tenez-la bien et renversez la bouteille la tête en bas. Lâchez la balle de ping-pong – on dirait qu'elle « colle » à la bouteille et l’eau ne s’échappe pas !
Matériel :
- Bouteille en plastique de 0,5 l avec un goulot de 2,5 cm de diamètre (p. ex. bouteille Viva)
- Balle de ping-pong
- Évier ou bassine / cuvette
Durée de l'expérience :
- 2 minutes
Explications
Pourquoi la balle de ping-pong ne tombe-t-elle pas, et l'eau ne s’écoule-t-elle pas de la bouteille ?
La pression de l’air exercée sur la balle de ping-pong vers le haut est plus forte que la pression de l’eau dans la bouteille exercée vers le bas.
L'air qui nous entoure exerce une pression sur tous les objets : c'est ce qu’on appelle la pression atmosphérique. Pourquoi ? Parce que l’air est attiré par la terre, et a donc un poids ! La couche d’air au-dessus de nous exerce une pression sur nous et sur la couche d’air en dessous de nous. Moins il y a d’air au-dessus de nous, plus la pression de l’air sera réduite à cet endroit. Autrement dit, la pression atmosphérique est moins marquée dans les montagnes qu’au Luxembourg.
Attention : les forces de pression de l’air exercent toujours une pression perpendiculaire sur la surface des objets. En conséquence, elles s’exercent aussi depuis le bas sur la balle de ping-pong !
Les forces de pression de l'air agissent perpendiculairement sur la surface de la balle de ping-pong
Dans la bouteille, hormis de l’eau, on trouve aussi un peu d’air, ainsi, évidemment, que de la pression atmosphérique. En retournant la bouteille, quelques gouttes d'eau s’échappent. Cependant, la pellicule d’eau entre le goulot et la balle de ping-pong empêche que de l'air ne puisse rentrer dans la bouteille. L'air dans la bouteille a désormais davantage de place, il se dilate et sa pression baisse. (Lorsqu’un gaz se dilate jusqu’à occuper le double de son volume initial, sa pression diminue de moitié.) La pression de l’air dans la bouteille est désormais moins importante que la pression atmosphérique en dehors de la bouteille. On dit alors qu’une dépression se crée dans la bouteille. Notons que l'eau qui se trouve dans la bouteille accroît encore un peu la pression qui vient d’en haut sur la balle de ping-pong. Et pourtant, cette pression totale depuis le haut est un peu moins importante que la pression atmosphérique qui vient depuis le bas : la balle de ping-pong reste donc là où elle est... et l'eau aussi !
Généralités
Cette dépression peut s’observer chez vous : c’est le cas avec les ventouses par exemple, qui sont souvent fixées sur des murs carrelés pour permettre de suspendre une serviette, entre autres objets. Les ventouses tiennent parce qu’une dépression se crée entre elles et la paroi.
Mises en garde
Cette expérience est sans danger. Vous courez seulement le risque de vous mouiller si les choses tournent mal. Nous vous recommandons donc de réaliser cette expérience au-dessus d’un évier ou d’une bassine.
Auteurs : Michele Weber et Joseph Rodesch (FNR)
Editeur : André Mousset
Illustration : André Mousset
Vidéo : Michèle Weber et Joseph Rodesch (FNR)
Musique: Jake McBuzz (via Audiojungle)
