L’entonnoir qui semble bouché

Voici encore une expérience qui illustre la présence de l’air dans une bouteille qui semble être vide. Pour que la bouteille puisse s’emplir d’eau, il faut que l’air puisse sortir…

Fiche d’accompagnement de l’expérience:
 

Matériel
  • une bouteille vide ;

  • un entonnoir au tuyau d’évacuation étroit ;

  • de la pâte à modeler ou une substance analogue pour faire un joint étanche ;

  • une paille ou un cure-dents.

Montage et réalisation

Placer un entonnoir à évacuation étroite dans le goulot d’une bouteille vide et enfoncer de la pâte à modeler entre l’entonnoir et le goulot de la bouteille pour réaliser un joint étanche.
Verser de l’eau dans l’entonnoir : elle ne s’écoule pas dans la bouteille (voir photo 1).
Pour permettre à l’eau de s’écouler on peut soit faire un trou dans le joint de pâte à modeler en utilisant le cure-dents, soit introduire dans la bouteille une paille bouchée en haut avec le doigt en traversant l’entonnoir (voir photo2), puis enlever son doigt.

 

Explications

La bouteille est « vide » mais elle contient de l’air et non pas du « vide », c’est-à-dire l’absence de matière.
Pour que l’eau puisse s’écouler dans la bouteille, il faut que l’air qu’elle contenait initialement puisse en sortir (voir à ce propos l’expérience « L’air ce n’est pas rien »).
Dans le dispositif qui est décrit ici, l’air ne peut s’échapper qu’à travers l’évacuation étroite de l’entonnoir, mais celle-ci est bouchée par une colonne d’eau.
Si le diamètre de l’évacuation est trop faible, l’air ne peut pas traverser la colonne d’eau car il se forme à la surface de l’eau une sorte de « peau » à travers laquelle l’air ne peut pas pénétrer. Cette peau résulte de la tension superficielle de l’eau, c’est-à-dire de la cohésion entre molécules d’eau.
Si l’air peut emprunter une autre voie pour remplir la bouteille (un trou dans le joint de pâte à modeler ou une colonne sans eau dans la paille), c’est par cette voie qu’il s’échappe sans rencontrer d’obstacle, permettant ainsi à l’eau de s’écouler dans la bouteille (voir à ce sujet l’expérience de mécanique des liquides « Comment vider rapidement une bouteille »).

 

Remarques

Avec les entonnoirs étroits (par exemple ceux qui sont utilisés pour verser de l’huile dans les moteurs), on rencontre le même problème lorsqu’ils « collent » à l’ouverture de remplissage alors qu’il n’y a bien évidemment pas de joint de pâte à modeler. Pour permettre à l’huile de s’écouler, il suffit de soulever un peu l’entonnoir et de dégager ainsi un chemin par lequel l’air peut s’échapper par le côté.

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