L’eau est arrêtée par le papier

Il suffit d’un verre et d’une carte postale pour montrer l’existence de la pression atmosphérique.

Fiche d’accompagnement de l’expérience:
 

Matériel
  • un verre

  • une carte postale, du bristol ou du tulle fin

Montage et réalisation

Verser de l’eau dans un verre (pas nécessairement jusqu’à ras bord).

Placer une carte postale sur le dessus, la maintenir fermement contre l’ouverture et retourner le verre doucement.
Lâcher délicatement la carte postale : elle reste « collée » contre le verre et l’eau ne s’écoule pas.

Explications

C’est la pression atmosphérique qui fait tenir la carte.

Si le verre est rempli à ras bord avant d’être retourné, il ne contient que de l’eau. C’est alors la pression de l’eau qui s’exerce sur la face supérieure de la carte tandis que sa face inférieure est soumise à la pression de l’air atmosphérique.
La pression atmosphérique vaut environ 1000 hPa et elle correspond à la pression exercée par une colonne d’eau de 10 m de haut. La pression atmosphérique étant supérieure à la pression de l’eau dans le verre, on comprend pourquoi la carte est soumise à une force de pression résultante dirigée vers le haut qui la maintient « collée » contre le bord du verre.
Si le verre n’est pas complètement rempli d’eau avant d’être renversé, il contient de l’eau et de l’air. La pression qui s’exerce sur la face supérieure de la carte est alors égale à la pression exercée par l’eau augmentée de la pression de l’air enfermé dans le verre. La pression de l’air dans le verre est inférieure à la pression atmosphérique car la carte postale est généralement un peu bombée vers l’extérieur, ou bien parce que l’expérimentateur a réussi à faire partir un peu d’eau (c’est une question d’habileté expérimentale). La pression sur la face supérieure diminue alors suffisamment pour que la pression atmosphérique qui s’exerce sur son autre face suffise à maintenir la carte en équilibre contre le verre.

Remarques

La carte postale ne sert en fait qu’à empêcher la rupture de la surface de l’eau. Dans le cas d’une pipette utilisée en chimie, la surface inférieure de l’eau est suffisamment petite pour ne pas se rompre : le liquide ne coule pas spontanément.

On peut donc, dans l’expérience précédente, remplacer la carte postale par du tulle fin qui empêche la surface de l’eau de se rompre. Dès que la surface de l’eau est rompue, l’air peut s’introduire dans l’eau et provoquer son écoulement hors du verre.

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