Souffle aspirant
De Wikidebrouillard.
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Présentation de l'expérience
Créer une aspiration tout en effectuant une expiration, la preuve en image.
Matériel
-
une paire de ciseaux
-
du ruban adhésif
-
de la ficelle
-
deux balles de ping-pong
-
trois pailles
L'expérience
En vidéo
La manipulation
- Couper deux fils de longueur équivalente.
- A l'aide du ruban adhésif, accrocher les balles de ping-pong au bout des fils.
- Joindre l'autre bout des fils sur un support en élévation, de manière à ce que les balles de ping-pong soient distantes d'environ 10 cm.
- Souffler dans les trois pailles afin de faire circuler de l'air entre les deux balles.
- Observer.
Que voit-on ?
Alors que l'on s'attend à ce que les balles s'éloignent quand l'air est envoyé, elles se rapprochent.
Explications
De manière simple
Lorsque l'on souffle entre ces deux balles, l'air envoyé crée une dépression entre les balles et donc une surpression autour de celles-ci. Les boules sont donc comme "aspirées" dans le canal de circulation de l'air.
Questions sans réponses
Ici je mets les questions soulevées par l'expérience, qui n'ont pas trouvé de réponses !!
Allons plus loin dans l'explication
Ce problème est régi par les lois de la dynamique des fluides.
En réalité, en soufflant entre les deux boules, on augmente la vitesse de circulation de l'air. En considérant l'air comme un fluide parfait incompressible et en supposant que l'on ait un écoulement de type laminaire, soit, pour un nombre de Reynolds inférieur à 2000; rappelons que l'expression du nombre de Reynolds est la suivante :
- V - vitesse du fluide [m/s]
- L - diamètre de la conduite, ici, espace séparant les deux balles.
- ν - viscosité cinématique du fluide : ν = η/ρ [m²/s].
- ρ - masse volumique du fluide [kg/m³],
- η - viscosité dynamique du fluide [Pa.s],
On peut alors raisonner sur le théorème de Bernoulli pour expliquer ce phénomène de dépression et de surpression. (Nous verrons par la suite que ce type d'écoulement peut être apparenté au profil laminaire des ailes d'un avion.)
Ainsi, lorsque l'on se trouve en deux points d'égale altitude, on remarque qu'en augmentant la vitesse de l'air entre les deux boules, pour que l'égalité soit toujours conservée, il faut nécessairement que la pression extérieure soit supérieure à la pression entre les balles. Cette dépression impose un mouvement des balles tendant à minimiser l'espace entre elles de façon à obtenir un équilibre dynamique.
Revenons au profil des ailes d'un avion. La surface supérieure est bombée tandis que la surface intérieure est plane, donc de longueur inférieure ; Si l'on considère un écoulement autour de cette aile, il est évident que la vitesse de l'air au-dessus est supérieure à la vitesse en-dessous de l'aile.
En reprenant le théorème de Bernoulli et en négligeant la pesanteur, on remarque aussitôt que pour obéir à l'équation, il faut que la pression du dessus soit moins élevée que celle du dessous. Cette différence de pression entraine un mouvement de l'aile vers le haut, le même mouvement qui fait se rapprocher les balles de ping-pong.
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