Un entonnoir soufflant pour aspirer

On montre, en soufflant dans un entonnoir, que la pression dans un courant d’air est plus faible si sa vitesse d’écoulement est plus grande.

Fiche d’accompagnement de l’expérience:
 

Matériel
  • un entonnoir transparent

  • une bougie

  • éventuellement un morceau d’ouate

Montage et réalisation

Allumer une bougie.

Se placer à environ 10 cm de la bougie et souffler (modérément !) sur la bougie à travers un entonnoir (placer le tuyau d’évacuation dans la bouche comme sur la figure).

La flamme de la bougie semble aspirée par l’entonnoir.

Variante de l’expérience précédente : poser un morceau de coton sur une table ; placer l’entonnoir au-dessus du coton, sans le poser sur la table afin que l’air puisse s’échapper, et diriger son ouverture vers le bas ; souffler dans l’entonnoir : le coton est déplacé vers le centre de l’entonnoir.

Explications

Comme la vitesse de l’air est très inférieure à celle du son, l’écoulement est incompressible ; il y a donc conservation du débit le long de l’écoulement.

La vitesse de l’air est plus grande dans le tube étroit que dans la partie large de l’entonnoir et au niveau de la bougie. D’après le théorème de Bernoulli à altitude constante :

( , p : pressions de l’air pour les vitesses respectives , v ; : masse volumique de l’air).
Une vitesse plus grande implique une pression plus faible.

La pression de l’air étant plus faible dans le tuyau qu’au niveau de la bougie, le mélange gazeux au niveau de la bougie (air, vapeurs de cire, gaz de combustion) subit une force horizontale dirigée vers l’entonnoir et la flamme s’incline dans la direction de l’entonnoir.

Un morceau de coton placé sous l’entonnoir dans lequel on souffle est soumis aussi à une force qui résulte de la différence des pressions. est dirigée suivant le gradient de pression, donc vers le tuyau d’évacuation de l’entonnoir (voir la figure ci-dessous).

a pour composante horizontale et pour composante verticale (voir la figure ci-dessus).
La composante verticale s’opposant au poids, il est plus facile de déplacer le coton sur la table horizontale car les forces de frottement sont diminuées. Sous l’effet de la composante horizontale , le coton se déplace sur la table vers le centre de l’entonnoir.

 

Remarques

Dans l’expérience « Une balle de ping-pong récalcitrante », la force est suffisante pour vaincre le poids de la balle qui se soulève et vient se loger au fond de l’entonnoir. Expérience analogue sur le même thème : expérience « Le carton qui plane ».

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