Comment faire flotter de la pâte à modeler ?
Difficulté
Facile
Durée
10 minute(s)
Disciplines scientifiques
Science de la matière, Physique
- Matériel et outils
Pate à modeler 
L'invention de la pâte à modeler s'inspire de la terre glaise utilisée par les sculpteurs, qui a l'avantage de durcir en séchant. Pour des esquisses, pour l'utilisation par les enfants, ou plus récemment, pour du travail en animation, il convient d'avoir un matériau qui ne durcit pas définitivement, elle a donc naturellement évolué vers des matériaux plus consistants et malléables.
Bol 
Un bol
Eau 
L'eau est une substance essentielle à la vie. Transparente, sans goût et sans odeur, on la consomme le plus souvent dans son état liquide.
Bocal en verre 
Généralement en verre, le bocal peut être selon l’usage et l’époque ; en faïence, en grès ou en céramique. Parmi les avantages du verre, on peut noter la transparence permettant de voir son contenu et la possibilité de facilement désinfecter en chauffant à haute température.
Le couvercle de bocaux servant aux conserves comporte un joint de caoutchouc (généralement orange, voir photo ci-dessous). Il est relié au pot par un dispositif mécanique qui permet de le plaquer fermement sur l'orifice pour assurer l’étanchéité de la fermeture.
Étape 1 - Réunir le matériel
- une boule de pâte à modeler résistante à l'eau
- un bol rempli d'eau
Étape 2 - Tester la flottabilité de la boule
Que se passe-t-il si tu poses la pâte à modeler dans le bol d'eau ?
La boule tombe au fond du bol.
Si tu as un bol transparent, marque le niveau d'eau avec la boule en traçant un trait à l'extérieur du bol.
Étape 3 - Modeler pour faire flotter
A présent, essaye de modifier la forme de la pâte à modeler pour réussir à la faire flotter. Tu peux essayer de t'inspirer de ce que tu connais, de ce qui flotte autour de toi.
Étape 4 - Résultat
Bravo !
Normalement ta pâte à modeler flotte. Un bateau, un bol, une barque... plusieurs formes fonctionnent. Mais certaines sont plus résistante que d'autres. Si cela t'intéresse, tu peux continuer avec l'étape "Pour aller plus loin".
Étape 5 - Pour aller plus loin
Tu as réussi à faire flotter la pâte à modeler. Penses-tu qu'elle pourrait supporter du poids et flotter quand même ?
Tu peux mettre des petits objets lourds (comme des billes par exemple) pour voir si la pâte à modeler flotte malgré le poids.
Si tu as un bol transparent : que remarques-tu par rapport au niveau d'eau tracé au départ?
Comment ça marche ?
Observations : que voit-on ?
Lorsque la pâte à modeler est en forme de boule, elle coule. En l'aplatissant, elle coule plus doucement. Si on creuse la pâte en lui donnant une forme de bateau ou de bol, elle flotte.
Si tu as un bol transparent : le niveau d'eau a augmenté avec la nouvelle forme de la pâte à modeler.
Mise en garde : qu'est-ce qui pourrait faire rater l'expérience ?
Il existe différents types de pâte à modeler (composition différente) et certaines d'entres-elles flottent, même en forme de boule.
En aplatissant trop la pâte elle peut être fragiliser et des petits trous se créent. Si le bateau prend l'eau, il ne pourra pas flotter.
Explications
La pâte à modeler a une masse volumique plus forte que celle de l'eau, c'est pour quoi elle coule lorsqu'elle est en boule. Si nous comparons le poids d'une bille d'eau avec celle d'une bille de pâte à modeler (même volume), la pâte à modeler est plus lourde, ce qui signifie qu'elle a une plus forte masse volumique que l'eau. Cependant, il est possible de faire flotter des objets ayant une masse volumique plus forte que l'eau.
Lorsqu'un objet est dans l'eau il subit une force de bas en haut plus communément appelée poussée d'Archimède : l'eau pousse l'objet vers le haut. En étalant et en creusant la pâte à modeler, on agrandit sa surface de contact avec l'eau, la poussée d'Archimède est plus grande et l'objet ne coule pas.
Plus d'explications
Un corps solide immergé dans un liquide en équilibre est soumis à deux forces verticales et de sens contraires : son poids (P) et la poussée d’Archimède (F).
Trois cas peuvent se présenter :
- Le poids est plus grand que la poussée d’Archimède. Le corps va couler.
- Le poids est plus petit que la poussée d’Archimède. Le corps va flotter
- Le poids est égal à la poussée d’Archimède. Le corps va rester entre deux eaux.
Formule de la poussée d'Archimède
F= masse volumique du liquide déplacé x volume du liquide déplacé x gravité.
La gravité sur Terre est égale à 9,807 m/s-2. Durant l'expérience nous allons surtout jouer sur le paramètre "volume du liquide déplacé" en modifiant la forme de la pâte.
Pour avoir une plus grande poussée d'Archimède, il faut augmenter le volume du liquide déplacé, ce qui revient à augmenter la surface immergée. En creusant et en étirant l'objet, nous augmentons la surface immergée.
Applications : dans la vie de tous les jours
La poussée d'Archimède est facilement observable dans notre quotidien. Nous pouvons observer grâce à elle que :
- les bateaux ne coulent pas
- les plongeurs peuvent se maintenir entre deux eaux pour observer la faune et flore marine
- nous flottons dans l'eau (bien que le sel de l'océan participe aussi à la flottaison, voir expériences ci-dessous)
La poussée d'Archimède ne s'applique pas que dans l'eau, l'air aussi exerce cette force, mais comme il est beaucoup plus léger que l'eau, il faut des volumes beaucoup plus grands pour avoir la même force. C'est comme cela que les montgolfières remplit d'air chaud et les zeppelins remplit d’hélium (plus léger que l'air), peuvent monter, en flottant dans l'air.
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Éléments pédagogiques
Objectifs pédagogiques
- S'amuser
- Comprendre la poussée d'Archimède
- S'introduire aux notions de volume, densité, masse, vitesse, gravité
Pistes pour animer l'expérience
Cette expérience est rapide et simple à réaliser. Il est possible de l'amener sous forme de défi "pourras-tu faire flotter la pâte à modeler?", ou bien de l'utiliser en introduction dans le cadre d'une histoire où les participants partent au bord d'un bateau (exemples : expédition de Darwin, exploration des fonds marins, découverte des EMR ...).
Sources et ressources
Page Vikidia Poussée d'Archimède
Page Wikipédia Poussée d'Archimède
Dernière modification 22/05/2020 par user:Bolido.
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