Ballon à réaction

De Wikidebrouillard.

Version actuelle en date du 4 juillet 2012 à 10:37

Présentation de l'expérience

Fabriquer un ballon à réaction de façon à ce qu'il aille le plus loin.
Expérience montrant la propulsion de l'air.

Matériel

• Un ballon de baudruche
• Une paille
• Quelques mètres de fil
• Du scotch
• Une pince à linge ou un trombone

L'expérience

La manipulation

• Il faut tout d'abord gonfler le ballon puis stocker l'air à l'aide d'une pince à linge ou d'un trombone.
  
• Ensuite, il faut passer le fil à l'intérieur de la paille, scotcher celle-ci sur le ballon puis tendre le fil sur quelques mètres.
  
• Enfin, on libère l'air contenu dans le ballon en retirant la pince ou le trombone pour observer le phénomène de la réaction !

Cette expérience doit se faire à l'intérieur pour obtenir un meilleur résultat.

Que voit-on ?

Lors de la libération de l'air contenu dans le ballon, ce dernier avance tout seul le long du fil.

Explication

On stocke de l'air dans un ballon de baudruche. L'air est sous pression (celle qu'exercent les parois élastiques du ballon). En enlevant le trombone, on relâche cet air qui propulse le ballon attaché à la paille le long de la ficelle. Le ballon qui va le plus loin est celui qui a été le mieux orienté le long de la ficelle. Pour une efficacité optimale, la sortie de l'air devrait être parallèle à la ficelle pour propulser le ballon dans la bonne direction. On démontre ainsi que l'on a stocké de l'énergie dans le ballon puisque qu'il se déplace ensuite «tout seul».

Questions sans réponses

• Est-ce que si l'on gonfle davantage le ballon, il va plus vite ?

Concepts scientifiques associés

L'explication se décompose en deux parties:

• Première partie :création de "l'action".
  

On crée une zone de pression supérieure à la pression ambiante en gonflant dans le ballon. Lorsque l'on enlève la pince à linge, l'air dans le ballon se dirige dans la zone de pression plus faible, c'est-à-dire l'extérieur. Cela crée la force d'action.

• Deuxième partie : Principe de l'action-réaction.

Pour comprendre le mouvement du ballon, il faut se pencher sur ce qu'a découvert Isaac Newton il y a déjà 3 siècles. Il dit qu'à toute action correspond une réaction de même force mais de sens opposé.

Ce phénomène naturel s'appelle le principe de l'action et de la réaction.

NON POUR L'EXPLICATION

Je pense qu'il y a une confusion entre : FORCE (ici appelée action et réaction) et VITESSE.

Les flèches représentent des vitesses : à droite en rouge la vitesse d'éjection de l'air qui sort du ballon et à gauche en bleu la vitesse de déplacement du ballon. En fait la loi utilisée ici est la CONSERVATION de la QUANTITE de MOUVEMENT.

M masse du ballon vide, m masse de l'air dans le ballon Avant que l'air s'échappe : Qi quantité de mouvement initiale = (M+m)*Vi comme la vitesse initiale est nulle Qi = 0 Si l'air s'échappe avec une vitesse vf alors le ballon part en direction inverse avec une vitesse Vf. La quantité de mouvement est alors : Qf = mvf - MVf La conservation se traduit par : Qi = Qf ou encore 0 = mvf - MVf c'est à dire : mvf = MVf et pour la vitesse de déplacement du ballon : Vf = vf*(mf/Mf)

Comme la masse de l'air est très faible devant celle du ballon, il est nécessaire que la vitesse d'éjection de l'air soit la plus grande possible et il faut gonfler le ballon le plus possible.

C'est l'énergie accumulée dans les parois élastiques du ballon et le fait que la pression à l'intérieur du ballon est supérieure à la pression extérieure qui entraînent la sortie de l'air. (rx)

Application : Lien avec le quotidien

L'avion à réaction, la fusée...
Une application concrète au principe de réaction est la fusée spatiale : le moteur de fusée(source Educnet)

Liens avec d'autres expériences

• Air : plusieurs expériences liées à l'air dans cette balade thématique.
• Bateau à réaction
• Des expériences sur le principe d'action réaction

Liens externes

• Pour les férus de Mécanique, voici un cours sur le principe action-réaction. Troisième Loi de Newton(article de Wikipédia)
• Un article wikipédia qui explique les propriétés de l'Air

Ballon à réaction