La bougie flottante

Matériel : 

- Une bougie chauffe plat
- Une verre
- Une assiette
- De l'eau
- Un briquet

Mode opératoire : 

- Placer un fond d'eau dans l'assiette
- Y apposer la bougie et l'allumer à l'aide du briquet
- Poser le verre par dessus 
- Observer

Observations : 

Après quelques secondes, la bougie s'éteint. L'eau commence ensuite à monter dans le verre au fur et à mesure que le niveau d'eau dans l'assiette diminue. S'il y a beaucoup d'eau dans l'assiette, le niveau s'arrêtera à environ 20% de la hauteur du verre. S'il y en a peu, l'eau pourra entièrement entrer dans le verre puisqu'elle n'atteindra pas les 20% de la hauteur totale.

Explications : 

En brûlant, la bougie consomme du dioxygène. Tant que le verre n'est pas appliqué, elle consomme le dioxygène de la pièce. Une fois que le verre est posé, la bougie consomme alors le dioxygène de l'air présent dans le verre. 
L'oxygène occupe 21% du volume de l'air, la pression interne du verre diminue donc d'environ 21%. La pression atmosphérique va alors pousser l'eau de l'assiette dans le verre jusqu'à 21% de la hauteur. 

La canette écrasée

Matériel : 

- Une canette vide
- De l'eau
- Un bec Bunsen (ou camping gaz)
- Un récipient contenant une grande quantité d'eau froide
- Pince en laiton

Mode opératoire : 

- Placer un fond d'eau dans la canette
- Porter cette eau à ébullition
- Laisser l'eau bouillir quelques instants
- A l'aide de la pince, saisir la canette et la plonger rapidement dans l'eau froide, ouverture vers le bas
- Observer

Observations : 

Après être entrée en contact avec l'eau froide, la canette s'écrase instantanément sur elle même.

Explications : 

Quand l'eau est portée à ébullition, elle se vaporise. C'est à dire qu'elle se change en vapeur d'eau et que cette vapeur chasse l'air présent dans la canette. Nous avons donc dans la canette de l'eau liquide et de l'eau gazeuse. 

Au contact de l'eau froide, la vapeur d'eau dans la canette se liquéfie instantanément, provoquant une forte dépression dans la canette. La pression dans la canette chute subitement et la pression atmosphérique va alors écraser la canette très rapidement

Cette expérience est liée à la pression atmosphérique. Pour plus de détails sur cette notion physique particulière, cliquez ici.

La colonne d'eau de 10 mètres

N.B.: La vidéo ci-dessus montre la même expérience avec du mercure 
liquide. Le procédé est le même mais le résultat est différent.

Matériel : 

- Un bidon rempli d'eau

- Un tuyau de dix mètres

- Un bouchon

- Une pompe

Mode opératoire : 

- Placer le tuyau dans le bidon d'eau

- Aspirer l'eau à l'aide de la pompe jusqu'à ce que le tuyau soit plein, puis le boucher à l'aide du bouchon.

- Tenir le tuyau à la verticale du bidon

Observations : 

L'eau se maintient dans le tuyau à une hauteur de dix mètres au-dessus du niveau de l'eau du bidon.

Explications : 

Nous venons de fabriquer un baromètre à eau, celui-ci sert à mesurer la pression atmosphérique. En effet, c'est la pression atmosphérique s'exerçant sur la surface du tube qui pousse l'eau dans celui-ci, avec une force égale au poids de la colonne de fluide. Dans le cas de l'eau, la hauteur sera de dix mètres, mais si l'on réalise cette expérience avec du mercure (attention, le mercure est cancérigène!), dont la masse volumique est nettement plus élevée, la colonne ne sera que de 76cm. 

Pour des explications plus complexes, cliquez ici

La pile au citron

Matériel : 

- Un ou des citrons
- Une ou plusieurs lamelle(s) de cuivre
- Une ou plusieurs lamelle(s) de zinc
- Fils électriques
- Pinces crocodiles
- Voltmètre

Mode opératoire : 

- Couper le citron en deux
- Dans un demi citron, enfoncer une lamelle de cuivre et une lamelle de zinc
- Relier à l'aide des fils et des pinces crocodiles, les deux lamelles au voltmètre et observer
- On peut interconnecter plusieurs citrons entre eux, Il faut toujours connecter une lamelle de cuivre à une lamelle de zinc, de façon à laisser une lamelle de chaque pour connecter le voltmètre
- Observer le résultat avec deux demi citrons

Observations : 

Avec un demi citron, on obtient une différence de potentiel qui s'affiche sur le voltmètre. On vient donc de créer un courant électrique.
Si l'on utilise deux demi citrons, on obtient le double de cette différence de potentiel.

Explications : 

Une pile est composée de trois choses, une borne +, une borne - et un électrolyte, qui permet le mouvement des électrons. Or un mouvement d'électrons est ce qui définit un courant électrique. 
Dans notre cas, la lamelle de cuivre sert de borne + et la lamelle de zinc de borne -. Quant à l'électrolyte, il ne s'agit ni plus ni moins que du jus de citron. Nous avons donc tous les éléments d'une pile, ce qui explique ce "petit coup de jus".

Pour en apprendre d’avantage sur les piles, clique ici

L'eau qui bout à moins de 100°C

Matériel:

- Un récipient en verre résistant à la chaleur qu’on puisse fermer par un bouchon, par exemple un ballon à fond rond en pyrex

- Un bouchon adapté à l’ouverture du récipient
- Un bec Bunsen

Mode opératoire:
- Verser de l’eau dans le ballon à fond rond jusqu’à mi-hauteur.
- Faire bouillir l’eau en la chauffant à l’aide d’un bec Bunsen.
- Lorsque la vapeur d’eau formée a chassé l’air dans le récipient, on peut éloigner le récipient de la flamme et ensuite le fermer à l’aide du bouchon une fois que l'eau cesse de bouillir.
- Verser de l’eau froide sur le récipient bouché et observer.

Observations:                                                                                           
Lorsque l'on verse de l'eau froide sur le ballon, l'eau qui se trouve à l'intérieur se remet à bouillir.

Explications:
L'eau bout à 100°C seulement lorsque celle-ci subit une pression équivalente à 1atm soit 1013hPa (la pression atmosphérique normale). Or dans cette expérience, la pression est inférieure à 1013 hPa, ce qui diminue la température d'ébullition.

Pourquoi la pression diminue ? Tout simplement car la vapeur d'eau à chasser l'air contenu dans le récipient, et lorsqu'on verse de l'eau froide sur le ballon à fond rond, la vapeur d'eau se change à nouveau en eau sous forme liquide, ce qui provoque un vide partiel et diminue la pression dans le récipient, ce qui implique une nouvelle ébullition de l'eau, cette fois à une température inférieure à 100°C.

Voici un tableau des températures d’ébullition selon l'altitude et donc selon la pression. Pour prendre connaissance de ce document, clique ici

Aspiration d'un œuf

Matériel: 

- Oeuf cuit dur

- Bouteille ou erlenmeyer

- Ouate

- Allumettes

Mode opératoire: 

- On brûle de la ouate dans le fond d'une bouteille (ou erlenmeyer) 
- Une fois la combustion commencée, on place un œuf cuit dur sur le goulot 

Observation: 

Après quelques secondes, l’œuf est aspiré à l’intérieur de la bouteille.

Explications: 

A l'état initial, la pression de l'air à l'intérieur de la bouteille est la même qu'à l'extérieur.
 
Lorsque l'on chauffe l'air dans la bouteille (avec la ouate), les particules bougent plus vite et heurtent d'avantage les bords, faisant augmenter la pression interne. Vu que la bouteille est ouverte, l'air se dilate et s'échappe en partie par le goulot (si on pose l'œuf à ce moment-là, on peut d'ailleurs le voir "sautiller" car l'air le pousse vers le haut).
 
Comme il y a moins d'air à l'intérieur de la bouteille, la pression se rééquilibre. La température est par contre toujours élevée. C'est à ce moment-là que l'on pose l'œuf sur le goulot.
 
En se refroidissant, les particules ralentissent et heurtent moins les bords, ce qui se traduit par une diminution de la pression interne. La pression externe est alors plus grande que la pression interne, l’œuf va donc être poussé par l'air extérieur dans la bouteille.


(Source : intra-science.com)