Balle de ping-pong dans un entonnoir

Lorsqu’on plonge une balle de ping-pong dans l’eau, celle-ci remonte à la surface, en vertu du principe d’Archimède. Mais est-ce toujours vrai ? Pas sûr…

Fiche d’accompagnement de l’expérience:

 

Matériel
  • un entonnoir transparent ;

  • une balle de ping-pong ;

  • de l’eau et un récipient de récupération de l’eau (cuvette, seau, baignoire, …).

Montage et réalisation

Placer une balle de ping-pong dans un entonnoir.
Verser de l’eau dans l’entonnoir tenu au-dessus d’un récipient de récupération.
La balle de ping-pong ne flotte pas à la surface de l’eau : elle reste au fond de l’entonnoir et elle obstrue (plus ou moins bien) l’orifice d’écoulement de l’eau (voir lq photo).
Cet état persiste jusqu’à ce qu’on bouche avec la main le tuyau d’écoulement de l’entonnoir, empêchant ainsi l’eau de s’évacuer : la balle remonte alors pour flotter à la surface de l’eau.

Explications

C’est la pression exercée par le fluide dans lequel il est immergé qui est à l’origine de la poussée d’Archimède subie par un objet.
La pression exercée par le fluide augmentant avec la profondeur, elle est plus grande sur la base d’un objet que sur sa partie haute.
La poussée vers le haut subie par l’objet immergé résulte de cette différence de pression.
On sait que la valeur de la poussée d’Archimède est égale à la valeur du poids de fluide déplacé (pour démontrer ce résultat, il faut faire la somme des forces pressantes s’exerçant sur toute la surface de l’objet).
La balle de ping-pong bloquée au fond de l’entonnoir n’est pas entièrement immergée dans le liquide car il n’y a pas d’eau en dessous (l’eau s’évacue par le tuyau d’écoulement). Dans ces conditions, la balle de ping-pong reste sous l’eau.
En bouchant le tuyau d’évacuation de l’eau, on crée une couche d’eau sous la balle : la poussée d’Archimède peut alors s’exercer et faire remonter la balle jusqu’à la surface de l’eau.

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