Fabrique toi même un jet d'eau parfait, immobile et sans éclaboussures !
Difficulté
Expert
Durée
10 minute(s)
Disciplines scientifiques
Chimie, Physique
- Matériel et outils
Ballon de baudruche 
Un ballon gonflable fait d'une membrane en caoutchouc qui se tend quand on souffle dedans.
Ruban adhésif 
Un ruban adhésif ou papier collant (Belgique) est un ruban recouvert de substance adhésive. Il se présente généralement sous la forme d'un rouleau dont la face externe est non adhésive. Il est utilisé notamment pour lier des objets entre eux ou simplement pour recouvrir un objet d'un film protecteur.
Cutter 
Un cutter (ou couteau à lame rétractable) est un outil qui permet de couper des matériaux fins et peu résistants. Il est en général muni d'une lame mobile qui est masquée lorsque l'objet n'est pas utilisé (pour plus de sécurité).
Paire de ciseaux 
Outil tranchant qui permet de couper divers matériaux.
Étape 1 - Réunir le matériel
- Une paire de ciseaux
- Du ruban adhésif (idéalement assez épais)
- Un cutter
- Un ballon de baudruche
Étape 2 - Remplir le ballon de baudruche avec de l'eau
Placer le ballon sous le robinet et le remplir d'eau en le maintenant pour éviter les éclaboussures. Ensuite, le fermer en faisant un noeud.
Étape 3 - Placer le ruban adhésif sur le ballon de baudruche
Sécher le ballon avec une serviette et coller 4 morceaux de ruban adhésif de façon à laisser libre un petit carré d'1 cm de côté.
Si vous utilisez un ruban adhésif moins fort, mieux vaut coller deux morceaux par côté.
Il est préférable de placer le ruban adhésif vers le bas du ballon, car il y a plus de pression à cet endroit là.
Étape 4 - Percer le ballon de baudruche
Stabiliser ensuite le ballon en le tenant par le noeud. Avec un cutter, faire un trou dans le petit carré de ruban adhésif.
Attention au risque d'explosion ! (Mieux réaliser cette expérience à l'extérieur ou dans la douche/baignoire).
Étape 5 - Observations
Avec un trou central plus grand, le jet sera plus large, mais le ballon se videra plus rapidement.
Observez comment la structure de l'écoulement évolue le long du jet.
Comment ça marche ?
Observations : que voit-on ?
On observe 2 comportements distincts dans le jet d'eau :
Au début du jet l'eau est figée, elle ne bouge pas.
À la fin du jet, on observe un jet d'eau classique avec des turbulences.
Mise en garde : qu'est-ce qui pourrait faire rater l'expérience ?
L'expérience pourrait être compromise dans le cas où :
Le ballon n'est pas assez rempli d'eau : l'eau n'aura suffisamment voir pas du tout le temps de se stabiliser à la sortie et de créer un écoulement laminaire.
Un autre ustensile (couteau, ciseau, aiguille) que le cutter est utilisé.
Le carré de ruban adhésif est trop petit ou trop grand. Il est important de respecter 1 cm de côté et de bien faire la forme d'un carré (et non un rectangle).
Explications
On pourrait croire que l'eau est figée ou glacée, mais non, il y a bien un écoulement d'eau sauf qu'il est parfait. Le ruban adhésif permet à ce que l'eau est forcée de sortir par le petit trou. Dans le jet, lorsqu'on est proche du trou, l'eau s'écoule de façon uniforme, et le jet ne change pas d'aspect. On appelle ce phénomène un écoulement laminaire. Les jets d'eau que nous avons l'habitude de voir sont turbulents, c'est-à-dire que l'eau part un peu dans toutes les directions. Dans le cas d'un écoulement laminaire, le fluide s'écoule dans la même direction. Après quelques centimètres, l'écoulement perd son caractère laminaire pour devenir turbulent. Il se sépare en petites gouttes.
Plus d'explications
Pour expliquer ce phénomène : 2 images représentant les 2 comportements de l'eau observés pendant l'expérience
Dans le premier schèma, on constate que les flèches qui représentent le mouvement des molécules qui compose l'eau se dirigent toutes dans le même sens. C'est le cas dans l'image 1 de la 4ème étape : le jet d'eau est figé et il se dirige dans le même sens.
Dans le deuxième schéma, on constate que les flèches se dirigent toujours dans le même sens, mais avec des turbulences. C'est le cas dans l'image 2 de la 4ème étape : le jet d'eau n'est plus figé et parfait, les gouttelettes vont dans tous les sens.
Applications : dans la vie de tous les jours
Les jets d'eau laminaire sont souvent utilisés lors de spectacles aquatiques (piscine, fontaine) : phénomène qui intrigue.
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Éléments pédagogiques
Objectifs pédagogiques
- Mettre en évidence une des caractéristiques de l'eau.
- Comprendre le concept d'un écoulement laminaire.
- Découvrir l'eau sous un autre angle.
Pistes pour animer l'expérience
Une mise en scène est possible en leur demandant de remplir d'eau les ballons de baudruches, tel que les bombes à eau qu'ils ont l'habitude de faire pour s'amuser avec leur camarades. Et leur expliquer ensuite que cette fois-ci les bombes à eau serviront à autre chose de plus éducatif.
Sources et ressources
https://www.youtube.com/watch?v=rscpnV5DBSo
Dernière modification 1/04/2021 par user:Safia élise.
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