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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 .

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

La pompe à vide

Le ballon et la fiole à vide

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.

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.

La fusée à air comprimé

Bouteille PET «pleine d’air» au congélateur: 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.

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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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.

Courant d’air froid entrant (bas), et chaud sortant (haut).

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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Météo

Le tube de Venturi

Aile d’avion, boomerang, vaporisateur, toit soulevé

La masse volumique de l'air (en kg/m3) varie en fonction de la pression, de la température et du taux d'humidité.

Pour de l'air sec sous pression atmosphérique normale. On prend généralement 1,3 kg/m3 à 0 °C et 1,2 kg/m3 à 20 °C.

Du fait de la diminution de la pression de l'air avec l'altitude, il est nécessaire de pressuriser les cabines des avions. De l'air comprimé est également utilisé dans la plongée sous-marine.

L'air est formé de différents gaz et ceux-ci, si on les refroidit suffisamment, finissent par passer à l'état liquide, puis à l'état solide. Par exemple, l'oxygène se liquéfie à la température de -183°C et se solidifie à -218 °C, l'azote se liquéfie à -195 °C. À la température de -270 °C (environ 3 kelvins), tous les gaz sauf l'hélium sont alors solides et on obtient de « l'air congelé ».

Ballon de foot et balle de ping-pong: effet Magnus.

La dissipation de l’énergie: convection, conduction, rayonnement.

Mouvements de convection: de courants thermiques (oiseau, planeur, nuage)

Comparaison de l’atmosphère terrestre avec celle d’autres planètes [% du volume]

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.

Mouvements de convection...

Le retour de l’oeuf de Pâques

La boule de sagex et le sèche-cheveux

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.

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.

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: