Quand la pression montre “ses muscles”
Soulevez une feuille de papier, cela parait simple. Et pourtant…
Vous aurez besoin de :
- 2 grandes feuilles de papier journal et du ruban adhésif
- 1 feuille semi-rigide 21 x 29,7 cm (feuille pour transparents ou papier dessin)
- 1 bouton
- 1,5 m de ficelle fine
Préparez votre dispositif expérimental
- Mettez l’une sur l’autre les deux feuilles de journal et rendez-les solidaires avec quelques morceaux de ruban adhésif
- Attachez le bouton à la ficelle que vous ferez passer à travers un trou au centre de la feuille semi-rigide, puis à travers la feuille de journal.
Bientôt, vous pourrez voir une vidéo des expériences
Expérience 1
Aplatissez la feuille de journal grande ouverte sur le sol, bouton et feuille semi-rigide contre le sol. Tirez verticalement et lentement sur la ficelle.
Vos observations
Comme vous vous y attendez, la feuille suit le mouvement que vous lui imposez sans difficulté.
Expérience 2
La feuille étant toujours aplatie sur le sol, tenez la ficelle en main, puis tirez un coup sec.
Vos observations
Vous ne parvenez pas à soulever toute la feuille de journal : elle semble collée sur les bords.
Expérience 3
À l’aide de ruban adhésif, fixez à présent le bord supérieur de la feuille sur une surface verticale, plane et assez lisse, par exemple la vitre d’une fenêtre ou une porte ou un mur lisse. “Repassez, aplatissez” soigneusement la feuille sur cette surface, puis tirez brusquement sur la ficelle, à l’horizontale.
Vos observations
La feuille résiste et ne se décolle pas, ses bords semblent collés à la vitre ou au mur.
Comme vérification, vous pouvez tirer à nouveau sur la ficelle lentement cette fois. Votre observation est la même que lors de l’expérience 1 : la feuille de papier suit le mouvement de votre main sans difficulté.
Vos constats
Dans les expériences 2 et 3, si la feuille de journal est bien au contact de la surface plane, si votre action sur la ficelle et sur la feuille est brusque, vous observez un “effet ventouse” : “des forces pressantes”, verticales dans l’expérience 2, horizontales dans l’expérience 3, se manifestent et maintiennent le journal collé à la surface
D’où peuvent-elles provenir ? Qu’y a-t-il au-dessus de la feuille de journal quand elle est sur le sol ? Qu’y a-t-il devant la feuille de journal quand elle est accrochée sur une surface verticale ? Qu’y a-t-il entre la feuille de journal et la surface-support ?
De l’air qui agit sur la feuille de journal !
Rédigez votre première Conclusion Locale Provisoire (CLP) :
Pourquoi alors dans les expériences où vous tirez lentement sur la ficelle, vous ne ressentez pas de résistance ? Il y a pourtant de l’air. Que pouvez-vous dire de la pression de l’air ?
C’est la même dessus dessous, devant derrière…, c’est la pression de l’air atmosphérique.
Que pouvez-vous en conclure pour les forces pressantes ?
Les forces pressantes, dessus et dessous quand la feuille est sur le sol, devant et derrière quand elle est verticale sont égales et opposées.
C’est notre situation habituelle : la pression de l’air à l’intérieur de notre corps est la même que la pression atmosphérique de l’air qui nous entoure, on dit que les pressions sont égales et on ne ressent rien car alors les forces pressantes s’équilibrent.
Votre deuxième Conclusion Locale Provisoire :
Mais alors pourquoi, quand on tire brusquement, les forces pressantes se manifestent-elles ?
Avant de tirer, quand vous avez aplati soigneusement le journal, y a-t-il de l’air entre le journal et le sol (ou la vitre) ?
Oui un peu.
Que se passe-t-il sous la feuille quand vous tirez brusquement ?
Vous tentez d’augmenter le volume de cette petite quantité d’air. La pression de l’air entre le journal et le support diminue, donc les forces pressantes sur ce côté du journal diminuent d’intensité.
Mais de l’autre côté de la feuille, il y a toujours la pression de l’air atmosphérique dont la force pressante sur cette face du journal est restée la même.
De part et d’autre de la feuille de journal les forces pressantes ne s’équilibrent plus. Pour retrouver l’équilibre il faudrait que de l’air puisse rentrer sous la feuille. C’est difficile quand les bords de la feuille adhérent aux parois. Et là il faut du muscle !
Expérience 4
Pour confirmer le raisonnement précédent, reprenez l’expérience 2 avec la feuille bien aplatie sur le sol. Essayez de tirer rapidement sur la ficelle d’environ 5 cm et maintenez le journal légèrement décollé.
Vos observations
La position ne se maintient que si vous continuez à tirer avec… vos muscles.
Votre troisième Conclusion Locale Provisoire :
Vous avez déjà constaté cela :
- quand du fait de l’altitude ou en plongée sous l’eau on sent une douleur au niveau des tympans ;
- quand vous diminuez la pression s’exerçant sur le liquide à l’intérieur d’une paille pour aspirer le liquide propulsé par les forces pressantes de l’air atmosphérique sur l’eau du verre ;
- quand vous videz l’air d’une ventouse en caoutchouc en la plaçant pour qu’elle soit fixée très solidement (remarque : vous avez même pris la précaution de mouiller les bords pour mieux empêcher l’air de rentrer).
Tout ceci montre l’intensité des forces pressantes quand on les déséquilibre.
Nous avons parlé de la pression dans un gaz et de forces pressantes.
En quoi ces 2 notions sont-elles différentes ?
La pression dans un gaz : elle est la même partout, elle s’exprime par un nombre.
Les forces pressantes sur les parois ou les surfaces au contact avec ce gaz : elles exercent leurs actions dans la direction perpendiculaire à la paroi ; leurs directions varient donc selon la paroi ou la surface en contact. Leur intensité dépend de la pression du gaz.
Rendez-vous à la Formule Express : Mettez la pression… à distance !