Des expériences et de l’eau pour comprendre facilement la physique

Aujourd’hui je te propose trois expériences scientifiques sympas et facile à faire avec de l’eau ! La chaleur est là, le thermomètre s’affole, autant en profiter pour faire des découvertes rigolotes avec l’eau !

Tu vas découvrir 3 activités simples et impressionnantes !

Pression atmosphérique : quand l’eau défie la gravité

Ingrédients :

• Un verre
• De l’eau
• Un morceau de feuille, ou de carton, ou un simple bout de plastique (ici, j’ai utilisé un couvercle de boite en plastique)

La magie des expériences scientifiques avec de l’eau!

Verse de l’eau dans le verre jusqu’en haut, tu peux même tenter d’aller plus haut que le rebord, comme pour l’expérience sur la capillarité. Dépose ensuite la feuille sur le verre. Mets une main sur la feuille et l’autre sur le verre afin de retourner le verre. Enlève ta main qui tient la feuille.

La feuille reste alors collée au verre et l’eau ne tombe pas.

Tu peux essayer en mettant moins d’eau, le résultat sera tout aussi impressionnant.

L’eau restera ainsi dans le verre jusqu’à ce que la feuille ou le carton soit imbibés d’eau ou qu’un léger mouvement de ta part penche le verre.

Que se passe-t-il ?

Nous sommes pourtant tous d’accord, et Newton l’a parfaitement expliqué : tout objet est attiré par la Terre. Cela s’appelle la gravitation. C’est ce qui explique que le ballon que tu envoies dans le ciel retombe inévitablement sur le terrain de foot. Mais dans notre expérience, l’eau reste dans le verre retourné, refusant de chuter au sol.

La gravitation attire vers la terre

Dans cette expérience, deux forces s’affrontent. La première s’appelle la gravitation, c’est à elle qu’on pense en premier. C’est pour cela qu’on imagine tous que l’eau va tomber du verre si on le retourne.

Mais il existe une autre force à laquelle on pense moins souvent : la pressionLa pression est la force que l'on exerce en appuyant sur une... More atmosphérique. Qu’est-ce donc ?

La pression atmosphérique, une force qui s’exerce sur nous tous

Imagine l’air qui t’entoure. Il est formé d’atomes, principalement de l’azote et de l’oxygène. Ces atomes bougent dans tous les sens plus ou moins rapidement selon la température et l’altitude à laquelle on se trouve. Mais ils bougent ! Et ils bougent sacrément vite figures-toi ! A une température de 20°C et à l’altitude de la mer, ces petits fous qui nous entourent bougent en moyenne de 500m en une seconde ! A cette vitesse, tu irais de Marseille à Lilles en 30 minutes !

Inévitablement, à une telle vitesse, les atomes sont bien incapables de freiner leur course et d’éviter les obstacles. Ils foncent donc allègement dans tout ce qu’il y a devant eux. Toute surface qui se trouve dans l’air est donc soumise à ce bombardement d’atomes. Ces nombreux chocs « poussent » les surfaces. L’agitation de ces atomes créée ainsi une force sur celles-ci comme s’ils voulaient la déplacer.

C’est précisément cette force exercée par les atomes sur toutes les surfaces présentes dans l’air qui est à l’origine de la pressionLa pression est la force que l'on exerce en appuyant sur une... More atmosphérique. Si tu veux aller plus loin dans la découverte de cette force, je ne peux que t’encourager à aller faire un tour sur le site de Météo contact, j’ai trouvé leur explication particulièrement claire (bien que technique).

Que se passe-t-il dans ces expériences avec l’eau?

Si j’en reviens à notre verre et à notre feuille de papier, les atomes bousculent la feuille. Ils la bousculent sur les côtés, mais l’épaisseur de la feuille fait que c’est très très petit et sans conséquence. Quelques atomes poussent la feuille vers le sol mais ils sont bien peu nombreux (peu de surface disponible) par rapport à ceux qui poussent la feuille vers le ciel.

Je retiens donc qu’il y a beaucoup d’atomes qui se cognent à la feuille par en-dessous, la poussant ainsi vers le haut.

D’un côté, tu as les atomes d’eau qui essayent de sortir du verre parce qu’ils sont attirés par la Terre et de l’autre des atomes d’air qui poussent la feuille vers le ciel, empêchant ainsi l’eau de tomber…et ceux sont ces derniers qui gagnent la bataille ! Je te fais grâce des équations complexes qui démontrent que la force de gravitation est plus faible que la pressionLa pression est la force que l'on exerce en appuyant sur une... More atmosphérique…Mais crois-moi sur paroles, et observe ton eau qui ne tombe pas !

Une expérience d’eau chaude et d’eau froide

Qui a dit que mettre de l’eau chaude avec de l’eau froide allait faire de l’eau tiède ? Je te propose de découvrir une petite subtilité de l’eau grâce à une expérience toute simple ! Enfin, précisons qu’elle nécessite quand même du doigté !

Pour cette expérience il te faut :

• Deux verres
• De l’eau chaude et de l’eau froide
• Du colorant alimentaire
• Un carré de carton plastifié ou une feuille de plastique fine (ici, j’ai découpé un carré dans une boite en carton que j’ai ensuite mis dans un sachet de congélation)

Place à l’expérience

Verse de l’eau chaude dans un verre et de l’eau froide dans un autre verre. Rempli bien les verres à ras bord. Mets un colorant différent dans chaque verre. Ici, nous avons choisi le colorant rouge pour l’eau chaude et le bleu pour l’eau froide, mais cela n’a pas d’importance, il suffit de pouvoir différencier l’eau chaude de l’eau froide.

Mets le carton plastifié sur le verre d’eau chaude. Retourne le verre et mets-le sur le verre d’eau froide. Enlève tout doucement le carton afin que l’eau des 2 verres entre en contact.

Les deux eaux ne se mélangent pas ! L’eau chaude reste en haut et l’eau froide reste en bas ! Si tu prends avec précaution les deux verres et que tu les retournes. L’eau chaude remontera dans le verre du haut et l’eau froide redescendra. Tu peux ainsi tenter de retourner plusieurs fois les verres jusqu’à ce que les eaux se mélangent effectivement pour donner de l’eau tiède.

Plus la différence de température sera importante et plus tu pourras observer que les deux eaux ne se mélangent pas. Tu peux mettre l’eau au réfrigérateur pendant une nuit et faire chauffer de l’eau dans une casserole…mais fais bien attention à ne pas te brûler!

Que se passe-t-il dans cette expérience aquatique?

Lorsqu’on augmente la température d’un matériau, les atomes s’éloignent les uns des autres, jusqu’à passer à l’état gazeux. Mais avant de devenir un gaz, le liquide chauffé va simplement avoir moins d’atomes dans un même volume. Comme si les atomes, conscients de la température qui monte, voulaient s’éloigner les uns des autres pour ne pas se tenir trop chaud. A croire que le vide qu’il y a entre 2 atomes leur permet de se rafraichir un peu.

Toujours est-il qu’un verre d’eau chaude contient moins de molécules d’eau qu’un verre d’eau froide ! Et s’il y a moins d’atomes, le volume d’eau va peser moins lourd ! Tu peux t’amuser à tenter de détecter cette différence avec une balance de cuisine basique! Selon la précision de ta balance, tu peux observer la différence. Pour te donner une idée, un litre d’eau froide (1°C) pèse 999 g alors qu’un litre d’eau chaude (90°C) pèse 960 g. Lorsqu’on parle ainsi de poids pour un volume donné, on parle en fait de densité.

Il se passe d’ailleurs exactement la même chose avec l’air! L’air chaud va monter puisqu’il est plus léger que l’air froid! On retrouve ce phénomène en météorologie, lorsque l’on étudie le cycle de l’eau et la formation des nuages via l’évaporation de l’eau des lacs, rivières ou autre plans d’eau.

Eau douce et eau de mer, dernière des expériences avec de l’eau

La dernière expérience que je voulais te proposer ressemble à celle de l’eau chaude et de l’eau froide sauf qu’on va utiliser de l’eau douce et de l’eau salée.

Ce qu’il te faut :

• Deux verres
• De l’eau
• Du colorant alimentaire
• Du sel
• Un carré de carton plastifié ou une feuille de plastique fine (ici, j’ai découpé un carré dans une boite en carton que j’ai ensuite mis dans un sachet de congélation)

A toi de jouer!

Rempli à ras bord les deux verres d’eau et verse du sel dans l’un des verres. Ajoute un colorant dans chacun des verres afin de pouvoir différencier l’eau douce et l’eau salée. Pose le carton sur le verre d’eau douce et retourne celui-ci sur le verre d’eau salée. Retire le carton.

Que se passe-t-il dans la dernière de ces expériences avec de l’eau?

L’eau salée reste au fond des verres tandis que l’eau douce reste en haut. Si tu retournes les deux verres, l’eau salée redescend au fond laissant la place pour que l’eau douce remonte.

Là encore, il s’agit d’une question de densité. L’eau salée a le poids de l’eau plus celui du sel dissous! L’eau douce n’a que le poids de l’eau ! Du coup, pour un même volume (les deux verres), l’un est plus lourd que l’autre. Elémentaire mon chez Watson ! Mais tellement rigolo à regarder !

Alors, dis-moi, est-ce que ces expériences avec de l’eau t’ont plu?