Mettez la pression… à distance
Pourriez-vous déformer une membrane élastique sans la toucher ?
Vous aurez besoin de :
- 1 pot de yaourt en verre
- 1 bocal transparent assez grand pour pouvoir mettre le pot de yaourt
- 2 ballons de baudruche
- une paire de ciseaux
Expérience 1
Coupez un ballon de baudruche pour en faire une membrane et fermez de façon étanche le grand bocal.
Appuyez sur cette membrane : elle se déforme et “rentre“ (un peu) dans le bocal, sous l’action de votre main.
De même si vous pincez cette membrane et que vous la tirez vers l’extérieur du bocal, elle se déforme.
Dans les deux cas, cette paroi élastique revient à sa position initiale quand vous arrêtez votre action.
Vos constats
Il faut se rappeler qu’au moment où l’on place la membrane, le bocal est rempli d’air, comme tout récipient ouvert. Quand le récipient a été fermé par la membrane, la quantité d’air qu’il contenait est restée la même tout au long des expériences.
Quelle est la conséquence de la déformation de la membrane quand elle “rentre“ dans le bocal, que pouvez-vous dire du volume de l’air dans le bocal ?
Il diminue, n’est-ce pas. Et la même quantité d’air a moins de place, l’air est plus “tassé“, ou comprimé.
Pensez-vous que l’air soit plus “tassé“ seulement près de la membrane sur laquelle vous appuyez ou partout pareil ? C’est partout pareil car tout l’air du bocal subit cette contrainte, un peu à l’image des passagers du métro au moment d’affluence.
Nous dirons cela autrement en utilisant un mot que vous avez déjà entendu, mais en essayant de lui donner du sens : vous avez augmenté la pression de l’air enfermé dans le bocal en réduisant le volume qu’il occupe. Cette pression est directement liée à la quantité d’air et au volume qu’on lui offre, quand la température reste la même (ce qui est le cas ici).
L’air avait-il une pression dans le bocal quand celui-ci a été fermé par la membrane et avant qu’on la déforme ? Oui et vous la connaissez…
Cette pression est celle de l’air autour du bocal : c’est la pression atmosphérique ou la pression de l’air atmosphérique.
Que faut-il faire pour que cette pression varie ?
On peut soit ajouter ou enlever de la matière “air“ sans modifier le volume, soit augmenter ou diminuer le volume que l’air occupe sans en changer la quantité – ou faire les deux.
On dit que l’air est “compressible“ (son volume peut diminuer) ou “expansible“ (son volume peut augmenter), on fait alors varier sa pression. C’est d’ailleurs vrai pour tous les gaz, parce qu’à l’état gazeux la matière est diluée, il y a peu de matière “air“ dans un volume donné (vous savez que les gaz sont très “légers“).
D’autres situations où la pression intervient
Pensez à l’air dans une pompe à vélo que vous avez bouchée avec votre doigt lorsque vous poussez le piston. Faites l’expérience !
Que se passe-t-il si vous lâchez le piston ?
Utilisez le mot “pression“ pour vous exprimer.
Recommencez avec une seringue toujours bouchée à son extrémité après avoir tiré le piston au maximum ou au contraire en partant d’une seringue “vidée de son air“ après avoir poussé le piston à fond vers l’orifice…
Faites l’expérience !
Le nombre indiqué par le manomètre de la station-service donne la pression de l’air dans le pneu de la voiture. Que fait-on pour augmenter la pression ? pour la diminuer ?
Expérience 2
Fermez le pot de yaourt avec un morceau du second ballon puis placez-le dans le grand bocal ; refermez ce dernier comme pour l’expérience 1.
Recommencez les mêmes actions que précédemment sur la paroi élastique qui ferme le grand bocal.
Vos observations
Quand vous appuyez sur la membrane qui ferme le grand bocal, celle du pot de yaourt “entre à l’intérieur” du pot.
Vos constats
Que se passe-t-il pour la membrane du pot de yaourt quand on appuie sur celle qui ferme le bocal ? Exploitez la notion de pression pour exprimer vos constats.
Au départ quand on a fermé le pot de yaourt puis le bocal avec les morceaux de ballon, la pression de l’air à l’intérieur était celle de l’air atmosphérique. Sous l’action de la main, la membrane du bocal se creuse, la place offerte à l’air dans le bocal diminue, donc sa pression augmente (cf CLP 1). À présent, la pression de l’air partout dans le bocal est supérieure à la pression atmosphérique.
Pendant qu’on enfonce la membrane élastique du bocal, celle du pot de yaourt s’enfonce progressivement. Cela augmente (un peu) le volume offert à l’air du bocal : sa pression diminue, mais par contre le volume offert à l’air du pot diminue et la pression de l’air dans le pot augmente. Les pressions de l’air dans le bocal et dans le pot de yaourt sont supérieures à la pression atmosphérique.
Tous vos constats et leurs conséquences mettent en évidence la notion très importante pour un gaz, celle de pression. L’élasticité des morceaux de ballon nous a permis de “voir“ les variations de la pression de chacun des gaz ce que n’aurait pas permis un couvercle rigide.
Votre deuxième Conclusion Locale Provisoire
Expérience 3
En bougeant le bocal délicatement, changez la position du pot de yaourt à l’intérieur : vous amenez la membrane qui le ferme à être verticale (donc perpendiculaire à celle qui bouche le bocal) puis en retournant complètement le pot de yaourt, la membrane se trouve contre le fond du bocal.
Dans chacune de ces situations, recommencez les déformations sur le morceau de ballon qui ferme le bocal, en observant celui qui est sur le pot de yaourt.
Vos constats
Quelle que soit la position, de la membrane du pot de yaourt par rapport à celle du bocal, quand on tire sur cette dernière celle du pot de yaourt est gonflée, quand on appuie sur celle du bocal, celle du pot de yaourt entre toujours à l’intérieur du pot.
Troisième Conclusion Locale Provisoire
La Formule Express Quand la pression montre “ses muscles” vous permettra de comprendre le fonctionnement de ces détecteurs de pression.