Un sachet ascensionnel

Cette expérience de physique amusante est facile à réaliser. Elle nécessite la présence d’un adulte pour des raisons de sécurité (présence de flammes).

Matériel

  • un sachet de thé ou tisane rectangulaire (neuf ou utilisé)
  • une paire de ciseaux
  • un bâton de colles (éventuellement)
  • une assiette
  • des allumettes ou briquet (non présents sur la photographie)
Matériel nécessaire

Attention, tous les sachets de thé ne conviennent pas pour l’expérience. Il faut parfois tester plusieurs marques de sachets de thé pour obtenir le résultat souhaité et pour une marque donnée faire plusieurs essais.

Expérience

Prendre le sachet de thé usagé puis à l’aide d’une paire de ciseaux couper le haut du sachet, comme indiqué sur la photo. Déplier le sachet puis vider le sachet de tout son contenu. Si le sachet est neuf, l’opération est assez facile. Si le sachet est usagé, l’opération peut être réalisée dans un bol d’eau ou mieux encore sous le jet d’eau d’un robinet. Au cours de l’opération précédente, il est possible que tout le sachet se décolle. On obtient alors une “feuille” de sachet de thé rectangulaire. Faire bien sécher la “feuille” si cette dernière provient d’un sachet de thé usagé. Une fois la “feuille” sèche, former un cylindre de papier en déposant le moins possible de colle. Si le sachet de thé était neuf, il est probable, après avoir vidé le contenu du sachet, d’obtenir directement le cylindre en papier souhaité.

Réalisation de l’expérience : découper le haut du sachet.
Réalisation de l’expérience : ouvrir le sachet.
Réalisation de l’expérience : vider le contenu du sachet.
Réalisation de l’expérience : si le sachet est humide, on peut utiliser un bol d’eau ou mieux un jet d’eau pour vider le sachet.
Réalisation de l’expérience : aspect de la feuille de sachet de thé à la fin de la préparation.
Réalisation de l’expérience : former un cylindre avec la feuille du sachet avec un minimum de colle.
Réalisation de l’expérience : déposer le cylindre sur une assiette.

Observations

On peut observer que le cylindre s’enflamme assez bien. Les flammes “descendent” assez rapidement. Lorsque le cylindre est quasi-consommé, il se soulève subitement vers le haut !

Vidéo de l’expérience

Que se passe-t-il ?

logo-physique-ludiqueOn peut constater que lorsque les flammes atteignent le bas du cylindre, le bout de papier restant a un mouvement rapide ascensionnel et se soulève.

Pour comprendre ce phénomène, il faut considérer que le bout de papier cylindrique (et l’air à l’intérieur), au début de l’expérience, est soumis essentiellement à trois forces : son poids, la résultante des forces de pression de l’air, que l’on appelle encore Poussée d’Archimède, et la réaction de l’assiette.

La combustion du papier engendre un chauffage de l’air entourant le cylindre et également détruit du papier. Les deux effets ont tendance à diminuer le poids de l’objet considéré. Lorsque le poids de l’objet devient inférieur à la Poussée d’Archimède, orientée vers le haut, le sachet enflammé décolle et entame un mouvement ascensionnel.

Cette expérience illustre la manière dont fonctionne une montgolfière ou un ballon météorologique. L’air chaud étant plus léger que l’air à température ambiante, la poussée d’Archimède s’exerçant sur le ballon peut devenir plus importante que son poids et la ballon ou la montgolfière décolle.

L’histoire dit que Joseph Montgolfier a eu l’idée de construire son invention en regardant monter la fumée dans sa cheminée, ou une feuille de papier ou un chemise de sa femme gonflée à l’air chaud.

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