Cette expérience de physique amusante est facile à réaliser mais nécessite la présence d’un adulte pour effectuer un trou dans une bouteille en plastique.
Matériel
Matériel nécessaire
- une bouteille en plastique
- une paire de ciseaux
- deux pailles coudées
- de la colle (de type epoxy)
- un assez gros avant trou
- du scotch
Dispositif
Fais un trou dans le bas de la bouteille en plastique avec l’aide d’un adulte en utilisant par exemple un avant trou. Si tu préfères pour la manipulation, tu peux également couper le haut de la bouteille à l’aide d’une grosse paire de ciseaux. Dans cette expérience, nous avons décidé de garder l’ensemble de la bouteille mais tu peux faire différemment.
Fais un trou dans le bas de la bouteille.
Coupe les deux pailles, comme sur la photo. Il faut ensuite joindre les deux pailles en réalisant un joint étanche. Pour ce faire, on peut utiliser un petit cure-dent en bois. Positionne les deux bouts de paille que l’on veut joindre sur le cure dent et fixe les avec du scotch. Puis fabrique le joint étanche à l’aide de la colle époxy. Tu peux consolider l’ensemble avec du scotch. Il faut s’assurer que la colle époxy est bien à l’extérieur des pailles et n’obstrue pas le conduit formé par les pailles.
Fais passer ensuite le dispositif constitué par les deux pailles dans le trou, comme sur la photo, en coudant bien les morceaux de pailles dans la bonne direction. Puis à l’aide de la colle époxy, rebouche le trou autour de la paille pour faire un joint étanche.
Joins les deux pailles à l’aide d’un cure-dent et du scotch puis utilise la colle pour assurer l’étanchéité.
Expérience
Place l’ouverture de la bouteille en dessous d’un robinet. Tu peux placer l’ensemble du dispositif dans la baignoire par exemple ou dehors dans un jardin en utilisant le tuyau d’arrosage.
Place le dispositif dans une baignoire en dessous d’un robinet à faible débit.
Si le débit d’eau issu du robinet n’est pas trop élevé, tu vas observer que le dispositif se comporte somme une fontaine périodique : de l’eau est périodiquement évacuée par la paille.
Au début, l’eau monte dans la bouteille, sans s’écouler dans la paille (les deux photos de gauche). Lorsque l’eau atteint la hauteur de la paille horizontale (ou une hauteur supérieure), un siphon s’amorce et de l’eau s’écoule (photo de droite).
Lorsque le siphon est amorcé, la fontaine marche tant que la paille à l’intérieur de la bouteille est plongée dans l’eau (les deux photos de gauche). Lorsque ce n’est plus le cas, la fontaine s’arrête et le processus reprend (photo de droite).
Que se passe-t-il ?
Au début, tant que la hauteur de l’eau dans la bouteille est inférieure à la hauteur de la partie horizontale de la paille, le niveau d’eau monte dans la bouteille.
Lorsque le niveau d’eau atteint la partie horizontale (ou lorsque le niveau est un peu plus haut que la partie horizontale), un siphon s’amorce. Si tu as un aquarium, pour le vider de temps en temps, tu dois sans doute utiliser le principe du siphon. Tant que la paille dans la bouteille est plongée dans l’eau, le siphon fonctionne. Si le débit d’eau du robinet est inférieur au débit d’eau du siphon, le niveau d’eau diminue dans la bouteille, tant que le siphon fonctionne.
Lorsque la paille à l’intérieur de la bouteille n’est plus plongée dans l’eau, la fontaine s’arrête, le siphon ne marche plus, et c’est le retour à la case départ….le niveau d’eau augmente dans la bouteille…etc..d’où le fonctionnement périodique de la fontaine…
Ainsi, en alimentant avec de l’eau de manière continue la bouteille, on a fabriqué une fontaine à eau périodique. Les physiciens parlent alors d’oscillations à relaxation.
Pour aller plus loin
Il existe dans la nature des sources d’eau intermittentes, comme la source de Fontestorbes en Ariège…Pour expliquer, l’intermittence de ces sources, il faut faire appel au principe de siphon. Grossièrement, ces sources fonctionnent comme la fontaine que nous venons de fabriquer.