Une bulle accélérée

Une bulle d’air accélérée

Physique

Mécanique, seconde loi de Newton/ Une bulle d’air accélérée

Public : Secondaire et Supérieur

Durée : < 1 min

Liste du matériel et des produits nécessaires :

- Un tube à essai muni d’un bouchon (mais une bouteille en plastique, en verre, convient également)

- De l’eau (avec ou sans colorant).

- Un support (table) bien horizontal.

- (Un niveau à bulle)

Remarque : on peut évidemment utiliser directement un niveau à bulle ; l’inconvénient est que la bulle est petite et son déplacement très faible.

Recommandations pour réaliser l’expérience :

- Remplir le tube à essai d’eau de manière à ne laisser qu’une petite poche d’air. (Le tube à essai et la bouteille ci-dessus sont vus de haut)

- Il suffit ensuite d’accélérer (horizontalement) la bouteille pour constater que, contrairement à l’intuition, la bulle se déplace dans le sens de l’accélération imposée au système.

Exploitation pédagogique :

- Une expérience contre-intuitive ! Contrairement à ce qu’on pourrait croire en utilisant le principe d’inertie, la bulle ne tente pas de rester là où elle se trouvait avant l’accélération, mais est bien accélérée comme l’ensemble du système bouteille-eau-bulle. C’est donc bien la seconde loi de Newton (la loi fondamentale de la dynamique, F = m.a) qui permet d’expliquer pourquoi la bulle d’air est bien accélérée dans le même sens que l’accélération de la bouteille est de l’eau.

- Explications.

Tout le liquide dans lequel la bulle (A) se trouve est forcé de suivre le mouvement donné à la bouteille et accélère donc comme elle (a).

Soit E, une « bulle » d’eau de même forme et dimension que la bulle A. Puisqu’elle est accélérée (horizontalement) c’est qu’une force F lui est appliquée, force qui ne peut être que la résultante de la pression exercée sur elle par l’eau (p₁ - p₂) environnante. On peut donc écrire : F = m.a où m est la masse de la « bulle » d’eau.

Comme la bulle d’air à la même forme que la « bulle » d’eau, elle subit une force de pression identique qui lui donne une accélération a’ reliée à sa masse m’ par : F = m’.a’.

Donc : a’ = F/m’   et F = m.a   Þ   a’ = (m/m’).a

Comme m’ << m    Þ    a’ >> a et la bulle se déplace dans le sens du mouvement de la bouteille.

Lien(s) vers la vidéo :

- https://ezcast.uclouvain.be/ezmanager/distribute.php?action=media&album=OER-pub&asset=2023_07_03_15h12_39s&type=cam&quality=low&token=SKLVINGM&origin=link