La pièce qui vole

Une pièce est soulevée par la dépression qui règne dans un courant d’air à grande vitesse.

Fiche d’accompagnement de l’expérience:
 

Matériel
  • une pièce de monnaie

  • un récipient bas, par exemple un plat creux

Montage et réalisation

Poser une pièce à plat sur une table, à environ 5 cm du bord.

Placer sa main ouverte à environ 10 cm derrière la pièce.

Souffler fortement sur la pièce : elle se soulève et elle est récupérée par la main placée à cet effet.

On peut faire sauter un obstacle à la pièce ou remplacer la main ouverte par un récipient bas dans lequel la pièce atterrit (voir la figure).

Explications

Supposons que la pièce soit entourée par un courant d’air laminaire.
Ce courant d’air subit au-dessus de la pièce une déformation et la pression y est donc plus faible (effet Venturi, voir l’expérience « Vive le vent ! »).
Il y a donc un gradient de pression perpendiculaire à l’écoulement qui crée une force verticale dirigée vers le haut (pour les explications, voir [Weltner 1998]).
Cette force soulève la pièce qui est alors entraînée par le courant d’air qui passe au-dessus.

Notons

la différence de pression entre la face inférieure de la pièce et sa face supérieure, c’est à dire entre la pression atmosphérique et la pression plus faible.
D’après le théorème de Bernoulli, on a :

( : masse volumique de l’air ; : différence entre les carrés des vitesses de l’air respectivement au-dessus et au-dessous de la pièce, résultant de la déformation de l’écoulement).

De ce fait, la pièce de surface A est soumise à la force
.
Si la pièce se soulève, c’est parce que la valeur de cette force est supérieure au poids de la pièce :

(m : masse de la pièce ; g : intensité de la pesanteur).

Références

Edge, R. D. : String & Sticky Tape Experiments, American Association of Physics Teachers, College Park, MD 20740-4100, U.S.A. 1987

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