L'air a-t-il réellement une masse?

[binou101]

Bonjour,
En jouant avec des ballons de baudruches lors d'une fête d'enfant (on ne vieilli jamais complètement ), je me suis souvenu d'une expérience faite à la petite école: Pour déterminer si, oui ou non, l'air était pourvu d'une masse, nous avions accroché deux ballons de baudruches de même masse (l'un gonflé, l'autre dégonflé) aux extrémités d'une tige suspendue en son milieu. Résultat, la "balance improvisée" penchait du côté du ballon gonflé. Évidemment me direz-vous, puisque l'air a une masse! Malgré cela, quelque chose m'échappe.

Si l'on me demandait, là tout de suite, d'expliquer pourquoi un ballon gonflé à l'hélium monte, alors qu'un ballon gonflé à poumons descend, je dirais sûr de moi: la densité de l'hélium est plus petite que la densité moyenne de l'air, c'est la poussé d'Archimède qui fait monté ce ballon, alors que le ballon rempli d'air ne subie pas la poussé d'Archimède de manière appréciable et le poids du ballon s'en trouve à être la seule force s'exerçant sur le ballon, il descend.

Voici mon réel problème. Dans l'expérience que je vous présentait plus tôt, je me demande pourquoi le résultat n'est pas l'inverse de celui attendu... En effet, deux ballons vides (de masses identiques) aux extrémités d'un levier sont immobiles. Leurs poids "s'annulent". Ainsi, si je remplis l'un d'eux d'air venant de mes poumons et donc d'air relativement chaud (pièce à 21 C, corps à 37 C) qui, sans ballons, monterait dans la pièce suite à la poussée d'Archimède, pourquoi n'observe-t-on pas de ballon qui s'élève? ....J'espère que je réussi à bien m'exprimer....

Pour être certain de m'exprimer clairement, je reformule: Quand j'expire, l'air qui s'échappe de ma bouche s'élève vers le plafond. Si je met ce même air dans un système sur lequel la force nette est nulle (deux ballons vides suspendus à une tige sont immobile), pourquoi l'air sortant de ma bouche ne réussirait pas à faire monter le ballon gonflé?

Merci d'avance pour ce questionnement aux allures enfantines mais qui occupe mon esprit depuis quelques heures...
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[ThM55]

Ben oui pourquoi? l'air chaud devrait le faire monter. Il y a tous les jours des gens qui font ça avec des montgolfières, non?

[Paraboloide_Hyperbolique]

Bonsoir,

En effet, l'air chaud sortant des poumons peut être (très légèrement) moins dense que l'air environnant. C'est d'ailleurs sur ce principe que fonctionne une montgolfière.

Je pense que la force d'Archimède s'appliquant sur le ballon gonflé et résultante de la différence de température air-poumon/air-environnant n'est pas suffisante pour compenser l'augmentation de masse du ballon gonflé par rapport au ballon vide. Un rapide calcul devrait permettre de s'en assurer.

[binou101]

J'avais aussi pensé à cette possibilité, mais le simple fait qu'une poche d'air sortant de ma bouche monterait me laisse croire que la poussé d'archimède est supérieure au poids des molécules. Si par une expérience de pensé on délimite un volume fini faisant parti de l'air que j'expire, et que ce volume s'élève, c'est dire que la poussé exercée sur le volume est supérieur au poids des molécules formant ce volume... Non?

Je n'ai encore jamais eu de cour sur la dynamique des fluides et je parle donc un peu au travers de mon chapeau... Mais je ne vois pas comment envelopper le volume (dans l'expérience de pensée) d'une fine couche de caoutchouc ferait en sorte que le rapport -poussée d'archimède/poids- changerait....

Paraboloide, comme tu parle de calculs, croit-tu que tu pourrait les faire? Je répète que je n'ai jamais rien appris sur les interactions des fluides et je ne désire pas me lancer à l'aveuglette dans un bain (remarquons cette fine référence hahaha) de chiffres qui n'auraient pour moi aucune signification....

Encore merci!!

[A voir en vidéo sur Futura]

[invite07941352]

Bonsoir,
@binou 101 :
Comment cela ? Un ballon de baudruche gonflé ( à la pression atmosphérique , de fait ) plus lourd qu'un ballon vide aux 2 bouts d'un fléau ????... Et la poussée d'Archimède , où a t elle disparu ????

[binou101]

Je ne comprend pas... tu dit que nous avons oublié la poussé d'archimède?

[invite07941352]

Re,
Oui, je ne comprends pas les 3 premières lignes de votre post : pour moi, c'est faux ?
Car la poussée d'Archimède équilibre le poids de l'air supplémentaire dans le ballon gonflé , donc la tige est à l'équilibre .

[iori]

Bonjour,
En jouant avec des ballons de baudruches lors d'une fête d'enfant (on ne vieilli jamais complètement ), je me suis souvenu d'une expérience faite à la petite école: Pour déterminer si, oui ou non, l'air était pourvu d'une masse, nous avions accroché deux ballons de baudruches de même masse (l'un gonflé, l'autre dégonflé) aux extrémités d'une tige suspendue en son milieu. Résultat, la "balance improvisée" penchait du côté du ballon gonflé. Évidemment me direz-vous, puisque l'air a une masse! Malgré cela, quelque chose m'échappe.

J'ai du mal à y croire, normalement on ne peux peser l'air simplement à cause de la poussée d’Archimède. (exoser un ballon gonflé ou vide sur une balance de chimie elle indique le même poids)

[binou101]

J'ai du mal à y croire, normalement on ne peux peser l'air simplement à cause de la poussée d’Archimède. (exoser un ballon gonflé ou vide sur une balance de chimie elle indique le même poids)

Pour sur, lorsque le contenant ne change pas de volume lorsqu'on y insère de l'air, on peut très bien peser une masse différente... http://www.maxicours.com/soutien-sco...4e/272202.html

[binou101]

Et puis, je m'engage à répéter l'expérience du ballon de baudruche sur une tige le plus tôt possible, mais je doute vraiment de m'être trompé sur les résultats que nous avions obtenus....

[invite07941352]

Re,
Oui, mais ce n'est pas le cas de l'expérience que vous croyez avoir vécu ... Donc, vos 3 premières lignes sont fausses .
Pour en revenir au titre du post , pas grand monde ne doute que l'air ait une masse .

PS : ma réponse se rapporte au post 9 ....

Oui, oui, refaites l'expérience !

[fabang]

La pression à l'intérieur d'un ballon gonflé est à une pression supérieure à celle de l'air ambiant, pour compenser la pression exercée par l'enveloppe élastique. En conséquence l'air à l'intérieur du ballon à une densité plus élevée, et la masse du ballon gonflé est plus importante que celle du ballon vide.
Pour avoir la même masse il faudrait une enveloppe non élastique, comme celle des ballons stratosphérique.

[binou101]

Re,
Oui, mais ce n'est pas le cas de l'expérience que vous croyez avoir vécu ... Donc, vos 3 premières lignes sont fausses .
Pour en revenir au titre du post , pas grand monde ne doute que l'air ait une masse .

1- Pardonnez-moi si vous n'avez pas aimé le titre du post !! je ne pensais pas qu'on m'y tiendrait rigueur!!

2- Je comprend aussi que ce n'est pas la même expérience dans les deux cas sherlock................. La question est d'expliquer la différence (Merci à fabang de l'avoir fait)

Pour tenir ma promesse, j'ai refait l'expérience et nul doute, le ballon gonflé fait bel et bien pencher la tige de son bord...

[binou101]

Merci pour cette réponse fabang!!

Si je comprend bien, la différence de densité associé à la grande pression compense ?parfaitement? pour la différence de densité associé à la température, ce qui fait que la poussé d'archimède qui s'exerce sur les deux ballons est identique. Comme la seule force a considérer est alors le poids, la masse de l'air peut alors entrer en jeu et faire pencher la tige du côté du ballon gonflé.... c'est sa?

[sitalgo]

B'jour,

Il y a une cause qui fait monter le ballon : la température.
Il y a trois causes qui font descendre le ballon :
- la pression,
- Le remplacement d'une partie de l'oxygène par du gaz carbonique : la mole pèse 6% de plus,
- la condensation de l'eau, qui fait que dégonflé le ballon pèsera plus lourd que l'autre.
Les deux deniers cas peuvent être évités en gonflant avec une pompe.

Ne pas faire de raccourci en ne considérant que le poids. Si on chauffe l'air le poids sera le même.

[invite07941352]

ce qui fait que la poussé d'archimède qui s'exerce sur les deux ballons est identique.

Re,
Non, la poussée d'Archimède n'est pas identique sur un ballon vide qui pendouille comme une serpillère et sur le même ballon gonflé !
Pauvre Archimède ....

[invite07941352]

B'jour,


- la condensation de l'eau, qui fait que dégonflé le ballon pèsera plus lourd que l'autre.

Re,
Je ne comprends pas ta phrase : pour moi, on suppose que l'on prend 2 ballons de baudruche neufs dans une boîte et on en gonfle qu'un sur les 2 .

[sitalgo]

Ainsi, si je remplis l'un d'eux d'air venant de mes poumons et donc d'air relativement chaud (pièce à 21 C, corps à 37 C)

Donc de l'air chaud et humide.

[invite07941352]

Donc de l'air chaud et humide.

Oui, d'accord , pour le ballon gonflé ! Mais l'autre , le vide , il sort neuf de la boîte , on peut supposer qu'il est sec .

[sitalgo]

Exactement, il est donc plus léger que l'autre quand ils sont dégonflés.
Quand on gonfle l'autre, on entre un gaz qui va partiellement se condenser, à même volume apparent il y aura gaz + eau env. 800 fois plus dense que l'air.
On remarque qu'à force de gonfler et dégonfler un ballon de baudruche, il y a de l'eau accumulée à l'intérieur.

[fabang]

On peu refaire l'expérience avec une pompe, et attendre l'équilibre thermique, pour éliminer les problèmes de CO2, humidité température ETC.
Le problème du ballon gonflé, c'est que la pression interne est supérieure à la pression atmosphérique pour combattre la pression élastique de l'enveloppe (C'est tellement vrai que c'est parfois difficile à gonfler, et que ça souffle bien quand on le vide). Donc le ballon gonflé est nécessairement plus lourd. Exemple volume 1l pression 1,5bar le ballon pèse 0,5g de plus (poussée d'Archmiède retranchée).

[obi76]

Salut,

Re,
Oui, je ne comprends pas les 3 premières lignes de votre post : pour moi, c'est faux ?
Car la poussée d'Archimède équilibre le poids de l'air supplémentaire dans le ballon gonflé , donc la tige est à l'équilibre .

Là c'est assez subtil. D'un côté on a effectivement un balon plus lourd (rempli d'air), et qui plus est rempli avec un gaz avec une pression supérieure à la pression atmosphérique. D'un autre côté, on a la poussée d'Archimède qui est plus grande pour le balon gonflé (plus grand volume). Il faudrait faire le calcul mais intuitivement comme ça, je ne pense pas que ce soit systématique...

[sitalgo]

Avec un air sec et à température d'équilibre, c'est systématique.
C'est une question de masse volumique apparente.
D'un côté on a un ballon non gonflé donc baudruche + air à la pression atmo (ce qui revient à ne considérer que la baudruche pour l'équilibre poids/poussé d'A), de l'autre côté baudruche + air comprimé dont la m. vol. apparente ne peut être que plus élevée.

[invite07941352]

Re,
Et puis, il faut déjà une balance précise pour apprécier des différences notables .
Ici, l'opérateur "mets " les 2 trucs aux extrémités d'une tige "équilibrée " , bon, d'accord , je passe à autre chose ...