Cette expérience de physique amusante est très facile à réaliser.
Matériel nécessaire
- un tube en verre à épices ou à gousse de vanille
- une grande bouteille en plastique transparente (type celle de Coca Cola)
- facultatif : un petit élastique très fin (comme ceux que l’on utilise pour la coiffure) de diamètre plus petit que le le tube en verre
Protocole
Il s’agit ici de reproduire une expérience connue, sous le nom de « ludion », déjà présentée dans ce site sous le nom Un ascenseur dans une bouteille.
Remplir complètement d’eau la grande bouteille en plastique transparente. Remplir d’eau à moins de la moitié le tube à épices en verre, mettre le doigt sur le tube afin de le boucher puis le renverser. L’insérer dans la bouteille en plastique le plus rapidement possible pour éviter de perdre trop d’eau. Le tube doit flotter dans la bouteille. Si ce n’est pas le cas, mettre moins d’eau dans le tube avant de le renverser.
Fermer la bouteille remplie quasi à ras-bords à l’aide du bouchon. Appuyer sur le fond de la bouteille à l’aide d’une main puis relâcher la pression. Recommencer et observer.
Observations
Lorsque le tube flotte et que l’on appuie sur le fond de la bouteille en plastique, on constate que le tube se met à descendre.
Que se passe-t-il ?
Lorsqu’en un point d’un liquide, on exerce une surpression, cette surpression est présente en n’importe quel point de ce liquide (il s’agit du théorème de Pascal) : ainsi lorsque l’on appuie avec une main sur le bas de la bouteille, une surpression est créée dans le liquide pas seulement en bas de la bouteille mais aussi dans tout le liquide, notamment juste en-dessous du tube en verre.
L’air est plus compressible que l’eau : la surpression juste au dessous du tube comprime l’air piégé dans le tube et de l’eau supplémentaire entre dans ce dernier.
Le poids s’exerçant sur le tube et l’eau qu’il contient peut ensuite l’emporter sur la Poussée d’Archimède et le tube coule ! Lorsque l’on relâche la pression exercée par la main, le tube revient dans sa position initiale.
Cette expérience illustre en quelque sorte le fonctionnement des sous-marins. Un sous-marin possède des ballasts et des réservoirs d’air comprimé. En envoyant progressivement l’air comprimé dans les ballasts, l’eau contenue dans ces derniers est chassée et est remplacée par de l’air et le sous marin peut remonter à la surface.
Pour aller plus loin