Actionner un moulin grâce à de la chaleur

Un petit moulin réalisé dans une feuille de carton ou de métal très léger se met à tourner dès qu’on allume les bougies placées sous ses pales. On montre ainsi que l’air chaud est plus léger que l’air froid, et s’élève grâce à la poussée d’Archimède créée par la différence des deux densités.

Fiche d’accompagnement de l’expérience:
 Capture09

Matériel
  • un « moulin des anges » acheté pour les fêtes de Noël

ou à défaut :

  • du papier rigide, par exemple une carte postale ou du carton fin

  • un crayon ou une aiguille à coudre

  • éventuellement une photocopieuse ou un ordinateur avec imprimante

  • accessoires : un stylo à bille, du ruban adhésif, un compas et un rapporteur

Montage et réalisation

Placer horizontalement un moulin sur un axe de rotation vertical que nous surmontons d’un ange en métal doré.

Placer sous le moulin 2 bougies et allumer les.

Le « moulin des anges » se met à tourner de plus en plus vite.

Si vous ne disposez pas de ce « moulin des anges » :

Reproduire sur du papier rigide le modèle ci-contre, soit avec des moyens techniques modernes (photocopieuse ou bien ordinateur avec imprimante), soit avec des outils de dessin.

Découper la figure suivant les traits gras et plier les ailettes suivant les pointillés afin qu’elles fassent un angle d’environ 60° avec le plan du papier.

Pour que l’expérience réussisse il est impératif que le moulin puisse tourner sur son axe avec le minimum de frottements.

Pour y parvenir nous proposons de coller au centre du disque deux petits morceaux de ruban adhésif l’un sur l’autre. On peut former un creux au milieu du disque en appuyant fortement la pointe d’un stylo bille sur le ruban adhésif.

Retourner le disque pour que le creux soit sur la face inférieure et le placer sur un crayon bien taillé tenu verticalement.

On peut équilibrer le moulin en collant de petits morceaux de ruban adhésif dans le cercle intérieur. Tenir le crayon en plaçant une source de chaleur sous le moulin : celui-ci se met alors à tourner. On fera attention à ne pas expirer dans la direction du moulin car il est très sensible aux courants d’air.

Une amélioration consistera à utiliser comme axe de rotation une aiguille à coudre ou un crayon très pointu. Pour réaliser une pointe très fine on peut user la mine du crayon en la frottant contre une feuille de papier tout en faisant tourner le crayon tenu à plat.

On peut atteindre à coup sûr une vitesse de rotation impressionnante si l’on tient le moulin au-dessus d’un radiateur ou une plaque électrique (éviter la bougie dont la flamme pourrait mettre le feu au moulin !).

 

Explications

L’air chaud monte par convection car il a une masse volumique inférieure à celle de l’air froid. L’énergie cinétique du courant d’air ascendant se transforme en partie en énergie cinétique de rotation du moulin

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