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L’air est matériel

L’air est invisible. Il n’a normalement ni goût ni odeur. Mais si j’agite un éventail, celui-ci fait bouger mes cheveux sans les toucher.

L’air est formé de matière. C’est un mélange de différents gaz: diazote (N2), dioxygène (O2), ...

Il existe des gaz plus lourds (CO2) ou plus légers (H2) que l’air.

Gonflement d’un ballon

Je gonfle un ballon de baudruche. Les molécules d'air injectées dans le ballon exercent sur les parois du ballon une pression. Comme ces parois sont élastiques, le ballon se gonfle: il augmente de volume.

Si je lâche le ballon : prrrrrtt!  la trajectoire est imprévisible

La seringue et le ballon

Un ballon de baudruche légèrement gonflé est enfermé dans une seringue .

Le goulot d’une bouteille en PET est fixé sur la trompe à vide. La bouteille n'est pas assez rigide pour supporter la différence de pression: elle est écrasée par la pression atmosphérique.

La trompe à vide

Le ballon et la fiole à vide

Les hémisphères de Magdebourg

En 1654, à Magdebourg, Otto von Guericke réalisa l'expérience suivante: il appliqua deux demi-sphères (hémisphères) creuses de 51 cm de diamètre l'une contre l'autre. Il pompa ensuite l'air contenu dans la cavité. Il forma 2 attelages de 8 chevaux tirant chacun sur un hémisphère sans arriver les séparer.

La fusée à air comprimé

Une bouteille PET «pleine d’air» est mise au congélateur: après quelques minutes elle ressort écrasée : l’air froid se contracte.

Mesure de la pression artérielle

L’air froid se contracte

L’oeuf de Pâques

Nous plantons quelques allumettes dans la partie pointue d'un oeuf de Pâques débarrassé de sa coquille. Nous allumons les allumettes et posons vite l'oeuf pointe en bas sur le col de l'erlenmeyer.

L'oeuf est élastique. Il s'allonge: il semble aspiré par l'erlenmeier. Il est en fait poussé par l'atmosphère dans le récipient.

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La poire permet d'augmenter la pression.

Le manchon pneumatique (ou brassard) comprime l'artère humérale.

Le manomètre est relié au manchon.

Il mesure la pression.

Le stéthoscope .

Il permet d'entendre les pulsations.

Le myocarde (muscle cardiaque) se contracte en rythme.

Le sang contenu dans le ventricule gauche est envoyé dans l'aorte

L'aorte

Lorsque je place une bougie en hiver devant la fenêtre fermée, la flamme est bien droite. Lorsque j’ouvre la fenêtre, le courant d’air fait pencher la flamme.

Une bougie à la fenêtre

Quand je pousse le piston de la seringue, l'air contenu dans celle-ci est comprimé. La pression augmente, le volume du ballon diminue

Quand je tire le piston de la seringue, l'air contenu dans la seringue se disperse dans un plus grand volume: il se détend. La pression dans la seringue diminue et le ballon peut se dilater.

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Le médecin gonfle un brassard qui comprime l'artère. Cette pression (indiquée par le manomètre) peut compenser la pression exercée par le sang sur les parois de l'artère.

L'air chaud se dilate et monte. Le courant d'air ascendant fait tourner les pales sur lesquelles sont fixés des anges.

Le carillon de Noël

L’oeuf de Pâques danse sur le goulot d'une  bouteille, puis se déforme et descend dans la bouteille sans le casser.

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Je mets un peu d'eau au fond d'une bouteille à large col ou un erlenmeyer et je chauffe jusqu'à l'ébullition.

J'enlève délicatement la coquille d'un oeuf de Pâques (oeuf cuit).

Je pose l'oeuf pointe en bas sur le col de la bouteille et j'observe la danse de l'oeuf.

J'arrête de chauffer et j'attends que l'oeuf tombe dans la bouteille.

J'essaie de comprendre

L'atmosphère, l'air qui nous entoure est constitué de molécules, des sortes de minuscules balles qui rebondissent et s'entrechoquent dans tous les sens. Quand il y a du vent, elles vont toutes dans la même direction et on arrive à sentir leur force.

Le gaz contenu dans la bouteille est chauffé: il se dilate et prends plus de volume. Il pousse l'oeuf et s'échappe.

Le gaz contenu dans la bouteille se refroidit: il se contracte et prends moins de volume. L'air qui est à l'extérieur "veut" reprendre sa place dans la bouteille mais comme  l'entrée est bouchée, il doit pousser l'oeuf pour passer: c'est une manifestation de la pression atmosphérique.

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Comment font-ils pour voler alors qu’ils sont plus lourd que l’air ?

Moteur à air comprimé

La voiture est propulsée par le ballon: sa trajectoire est prévisible.

La fusée à effervescence

Lorsque je mets une pastille effervescente dans l’eau, il se produit une réaction chimique.

Cette réaction d’effervescence produit un gaz: le dioxyde de carbone CO2.

Le dégagement de ce gaz de la bouteille à droite permet de gonfler un ballon.

Si le gaz ne peut pas s’échapper, la pression augmente dans le tube et la fusée est expulsée comme un bouchon de champagne.

Le retour de l’oeuf de Pâques

Le boomerang

Fabrication et lancer du boomerang

1.Je construis un boomerang d'appartement.

L'utilisation d'un boomerang dans un appartement pourrait facilement devenir problématique pour la famille et le mobilier. Je vous propose donc de construire un boomerang d'appartement en carton: garanti sans danger !

2.Marche à suivre.

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Je télécharge la fiche au format pdf.

Je fais une photocopie sur du papier (carte) souple mais épais: 200 g/m2

Si je n'ai pas de papier si épais,  je découpe le modèle sur la photocopie et je l'utilise comme chablon pour dessiner le contours sur un carton.

La marche à suivre pour la fabrication ainsi qu'une démonstration de technique de lancer dans ma cuisine (interdiction de rire) se trouve sur le film:

La trompe à vide se fixe sur un robinet d’eau et permet de pomper l’air contenu dans un récipient. On peut ainsi réaliser beaucoup d’expériences avec un peu de matériel.

bouteille en PET

ballon de baudruche

divers bouchons

pipette

seringue

fiole à vide

trompe à vide

tube en caoutchouc

Un ballon de baudruche légèrement gonflé est enfermé dans une fiole à vide. Je branche la pompe à vide: la pression diminue dans la fiole et le volume du ballon augmente.

La pompe à vélo

Au contact de l’air chaud ambiant elle reprend sa forme en émettant des petits craquements.

La boule de sagex et le sèche-cheveux

La respiration et les poumons

Un modèle de poumon utilise une bouteille coupée en deux, une membrane (diaphragme) et 2 ballons de baudruche (poumons).

le diaphragme

les poumons

la trachée

les cordes vocales

la cavité nasale (nez)

la cavité buccale (bouche)

la langue

les lèvres

l’épiglotte

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Les mouvements de convection

Lorsqu’on chauffe un solide , ses atomes s’agitent dans tous les sens et s’entrechoquent. Ces chocs se propagent de plus en plus loin: c’est ainsi que l’extrémité du manche de la casserole finit par recevoir la chaleur produite par la flamme.

Lorsqu’on chauffe un fluide (liquide ou gaz), les atomes ou les molécules qui le constituent s’agitent: le fluide se dilate, devient moins dense (plus «léger») et s’élève. Lorsqu’il se refroidit il se contracte, devient plus dense («plus lourd») et redescend.

La matière chaude émet un rayonnement qui se propage dans l’espace et même dans le vide. C’est ainsi que le soleil peut nous chauffer alors qu’il se trouve à une distance de 150 millions de kilomètres. Ce rayonnement de chaleur s’appelle infra-rouge (IR)  et fait partie de la famille des rayons électromagnétiques comme la lumière:

Pour comprendre certains mouvements d’air dans l’atmosphère, il faut aborder l’étude de la chaleur. Cette forme d’énergie (énergie calorifique) peut migrer dans l’espace suivant 3 «moyens de transport» : la convection, la conduction et le rayonnement.

La convection

Le rayonnement

La conduction

Mesure de la pression atmosphérique

Nous pouvons mesurer la pression en continu sur une semaine grâce à un baromètre anéroïde portatif.

Mécanisme à ressort permettant de faire tourner le tambour

boîte métallique sur laquelle s’éxerce la pression

L'utilisation du boomerang est sans doute aussi vieille que la pratique de la chasse. On a retrouvé des boomerangs préhistoriques conservés dans des tourbières en Europe, chez les Indiens d'Amérique, les Esquimaux et bien sûr chez les aborigènes d'Australie. La représentation d'une scène de chasse a même été découverte dans une tombe égyptienne.

Avion, oiseau, ballon,...

Nous mettons un peu d’eau au fond d’une grande bouteille en PET. Nous plaçons le bouchon spécial avec les ailerons. Nous envoyons de l’air dans la bouteille avec une pompe à vélo. Lorsque la pression est suffisante le tuyau de la pompe se détache, l’eau est expulsée et la fusée décolle par réaction.

Une balle en sagex, comme n’importe quel objet qui possède une masse, est attirée par la Terre. L’objet tombe sous l’effet de la gravitation.

Cette force d’attraction peut être contrariée par le courant d’air stable d’un sèche-cheveux: la balle reste en lévitation à une certaine distance

L’air chaud est léger : il sort par le haut de la fenêtre.

L’air froid est plus dense (plus lourd) : il entre par le bas de la fenêtre.

bouteille PET

ballons de baudruche

bouchon troué

gant de vaisselle