Comment vider plus rapidement une bouteille ?

En retournant vers le bas une bouteille pleine d’eau, on parvient à la vider, mais l’opération prend un certain temps. Il existe un moyen très simple pour vider rapidement la bouteille, sans bien sûr la percer ni la casser. Sauriez-vous trouver lequel, et expliquer pourquoi ça marche ?

Fiche d’accompagnement de l’expérience:
 

Matériel
  • une bouteille vide ;

  • un seau d’eau.

Montage et réalisation

Remplir une bouteille complètement avec de l’eau. La vider en la tenant verticalement au-dessus d’un seau (voir la photo 1) : l’eau ne coule pas de façon continue mais par à-coups.

Recommencer l’expérience en faisant tourner rapidement la bouteille autour d’un axe vertical dès qu’elle est renversée. Tenir la bouteille par le goulot et faire le même mouvement que pour remuer une pâte : la bouteille se vide plus vite que précédemment (voir la photo 2).

Explications

Pour pouvoir vider une bouteille, il faut y faire entrer de l’air en même temps qu’on fait sortir le liquide (voir l’expérience de mécanique des gaz « L’air ce n’est pas rien »). Dans les bouteilles habituelles, la largeur du goulot permet à des bulles d’air de remonter quand la bouteille est tenue verticalement, ouverture en bas (alors que si l’ouverture était plus étroite il se formerait une sorte de « peau » sous l’effet de la tension superficielle). Dans la première expérience (photo 1), les bulles d’air qui montent dans le goulot étroit empêchent l’établissement d’un régime laminaire d’écoulement de l’eau : l’eau s’écoule à l’extérieur par à-coups irréguliers tout comme l’air monte dans la bouteille sous forme de bulles irrégulières.

Dans la deuxième expérience (photo 2), on crée un tourbillon d’eau à l’intérieur en imprimant un mouvement de rotation à la bouteille qui est transmis à l’eau. L’eau ainsi mise en rotation appuie sur les parois comme dans une centrifugeuse. Elle s’écoule en spirale le long des parois de la bouteille et certaines gouttes d’eau sont éjectées radialement à la sortie de la bouteille. Ce tourbillon qui ressemble à une tornade crée le long de l’axe de la bouteille un espace tubulaire sans eau par lequel l’air peut entrer sans obstacle dans la bouteille. De cette façon l’eau qui sort et l’air qui entre ne se gênent pratiquement plus et la bouteille peut ainsi se vider beaucoup plus rapidement.

Remarques

On voit bien mieux la différence de durée entre les deux expériences si on les fait réaliser en parallèle par deux opérateurs disposant de bouteilles identiques remplies de la même façon.

Il y a une méthode encore plus rapide qui consiste à secouer de bas en haut de toutes ses forces (vraiment !) la bouteille tenue avec le goulot en bas. Bien évidemment, tout ce qui se trouve autour est éclaboussé ! Le gain de temps entre l’expérience (2) et l’expérience (3) est minime devant le temps gagné entre (1) et (2), ce qui laisse peu de temps pour perfectionner la procédure (3).

cette fiche a été vue 10106 fois

Laisser un commentaire

Votre adresse de messagerie ne sera pas publiée. Les champs obligatoires sont indiqués avec *

*