Capillarité entre deux plaques de verre

Trempons dans une coupelle d’eau deux plaques de verre assemblées pour former un coin de petit angle. L’eau monte entre les deux plaques, jusqu’à une hauteur qui dépend de la distance qui les sépare. Une très belle expérience qui illustre le phénomène d’ascension capillaire.

Fiche d’accompagnement de l’expérience:
 

Matériel
  • 2 lames de verre (dimensions approximatives : 4 cm ´ 6 cm), par exemple celles qui sont utilisées comme porte-objets avec les microscopes ;

  • un clou, un boulon ou une allumette (diamètre : de l’ordre de 3 mm ; longueur : environ 50 mm) ;

  • un bracelet élastique en caoutchouc ;

  • un petit récipient, par exemple une sous-tasse ;

  • éventuellement un solvant des graisses ou un détergent ;

  • éventuellement de l’encre ou un colorant.

Montage et réalisation

Poser deux petites plaques de verre l’une sur l’autre en interposant un clou sur l’un des côtés pour faire un coin.
Passer un élastique autour des plaques pour assurer la stabilité du dispositif (voir la photo). Les plaques doivent être très propres, exemptes de traces grasses. Il peut être utile de les dégraisser auparavant avec un solvant ou un détergent, de les rincer très soigneusement et de les essuyer. Poser ce coin dans une coupelle d’eau (éventuellement colorée). L’eau monte jusqu’en haut des plaques du côté où elles se touchent et reste pratiquement à la même hauteur de l’autre côté. Le niveau supérieur de l’eau entre les deux plaques a la forme d’une hyperbole (voir la photo).

 

Explications

L’eau placée dans un volume étroit limité par du verre monte sous l’effet des forces d’adhésion contre les parois de verre.
La hauteur dont s’élève le niveau de l’eau augmente lorsque la distance entre les parois de verre diminue.
Dans un capillaire de section circulaire, la hauteur est inversement proportionnelle au rayon intérieur.
Ici, l’espace entre les plaques n’est pas constitué de tubes cylindriques mais on observe bien que la hauteur dont s’élève le niveau de l’eau et la distance entre les plaques de verre sont inversement proportionnelles.
Cette distance étant nulle du côté du coin et augmentant lorsqu’on s’en éloigne, la surface de l’eau prend bien la forme d’une hyperbole.

Références

Tension superficielle et capillarité par Bernard Bonnel, Octobre 2006

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