Qui se ressemble s’assemble

Cette expérience de physique amusante est facile à réaliser. Elle nécessite la présence d’un adulte pour la manipulation d’une bougie

Matériel

• une bougie chauffe-plat
• deux petits pots de yaourts en verre identiques (ou deux verres à bord épais identiques ou deux bocaux en verre identiques)
• un mouchoir en papier épais (ou papier essuie-tout ou papier buvard)

Expérience

Prépare tout d’abord le mouchoir en papier : plie le au maximum de sorte que la surface du mouchoir replié soit supérieur à la surface de l’ouverture du bocal. Réalise un trou dans le mouchoir à l’aide d’une paire de ciseaux (la surface du trou devant être inférieure à la surface de l’ouverture du bocal).

Allume la bougie puis place la dans un des deux bocaux. Plonge le mouchoir en papier dans l’eau puis égoutte le pour qu’il ne dégouline pas d’eau. Positionne le mouchoir en papier mouillé au dessus du pot de yaourt contenant la bougie, de manière à bien recouvrir l’ouverture du pot, le trou dans le mouchoir étant centré approximativement par rapport à l’intérieur du pot. Enfin retourne le deuxième pot de yaourt en verre sur le premier de manière à ce que les deux ouvertures se superposent au mieux l’une sur l’autre et appuie assez fortement sur le deuxième pot au dessus.

Observe ce qu’il se passe. Lorsque la bougie s’éteint, soulève le deuxième pot de yaourt (celui du dessus). Que constates-tu ?

Observations

Tu peux observer que la bougie s’éteint assez rapidement. Une fois éteinte, lorsque tu soulèves le bocal supérieur, tu constates que le bocal inférieur au-dessous du premier reste collé à celui du dessus.

Que se passe-t-il ?

Tu as d’abord constaté que la bougie s’éteint assez rapidement. En effet lorsque la bougie est allumée, il y a combustion de la cire avec consommation de dioxygène. Lorsque tout le dioxygène de l’air contenu dans les bocaux est consommé, la bougie s’éteint.

Comment ensuite expliquer que les deux bocaux en verre restent « collés » ? L’explication largement répandue est que la combustion consomme davantage de dioxygène qu’elle ne produit de dioxyde de carbone et il y a globalement moins de molécules de gaz dans l’air contenu dans les bocaux : la pression de l’air dans les deux bocaux diminue et les deux pots restent collés. Cette explication est fausse. En réalité, on peut également se référer à l’explication de l’expérience la montée des eaux. Lorsqu’on retourne le deuxième bocal sur le premier, on piège de l’air chaud dans les deux bocaux. Lorsque la bougie est éteinte, l’air piégé se refroidit. Le volume étant fixé (contrairement à l’expérience de La montée des eaux), la pression à l’intérieur des deux bocaux diminue, le nombre de molécules de gaz étant fixé, et les deux bocaux restent collés.

Le mouchoir en papier mouillé assure l’étanchéité de l’ensemble des deux bocaux et donc assure le bon fonctionnement de l’expérience.

Historiquement, le premier scientifique à avoir collé deux objets, plus précisément deux hémisphères sous l’effet d’une diminution de pression, est Otto von Guericke : il s’agit des célèbres hémisphères de Magdebourg. Ce scientifique avait utilisé une pompe pour diminuer la pression à l’intérieur du volume fermé par les deux hémisphères. Pour la petite histoire, en 1654 deux attelages de 15 chevaux n’ont pas réussi à séparer les deux hémisphères, tant la diminution de pression à l’intérieur de la sphère était importante. En 1661 (ou 1663), l’expérience est faite à Berlin avec 24 chevaux. Cette expérience est devenue depuis très populaire et met en évidence l’existence de la pression atmosphérique.

Voici, pour les plus curieux une expérience récente dans laquelle les chevaux ont été remplacés par des engins motorisés plus récents…