Bonjour,
J'avais posté il y a quelques semaines un petit film montrant le phénomène de surfusion, et je vous propose un petit jeu de physique relié à ce phénomène...
http://forums.futura-sciences.com/sh...ad.php?t=98915
La question est simple : on voit sur le film la glace progresser à une vitesse de queques centimètres par seconde. Pouvez-vous par des arguments simples retrouver cet ordre de grandeur ? (perso je n'ai pas encore la réponse...)
Salut !
Je cherche le piège, il sufit pas de mesurer la taille de la bouteille et de chronométrer ?
Salut,
J'avoue que je sèche aussi. Je comprends mal la physique du problème et pourquoi il y a un front. A priori, l'eau gèle au contact de l'air puis l'eau au contact de la glace se met à geler. il faudrait donc évaluer la distance sur laquelle un cristal de glace peut entraîner le gel dans une eau en surfusion ainsi que le temps que met une portion infinitésimale à geler une fois qu'on l'a déclenché.
Intéressant
Bon, je propose un modèle qui est "bon à quelques ordres de grandeur près".
Je fais l'hypothèse que la glace perturbe l'eau surfondue sur une distance r. Cette eau va alors se mettre à geler. Pour cela, il faut qu'elle se réorganise en explorant une nouvelle configuration. Cela peut sans doute être relié au coefficient d'autodiffusion D de l'eau par r²=6Dt où t est le temps qu'il faut pour faire geler la couche d'eau d'épaisseur r.
La vitesse vaut alors v=r/t=6D/r.
En googlant un peu, je trouve que l'ordre de grandeur de D est de 10-9 m²/s. Donc pour avoir une vitesse de quelques centimètres par seconde, il faut que r soit de l'ordre de 10-6 m.
Personnellement, ça me paraît beaucoup, le micron. A priori, j'aurais plutôt dit que ça faisait quelques molécules d'eau, donc de l'ordre du nanomètre.
Bref, un début d'idée...
Wouaah je suis impressionné ! ça semble carrément pas mal comme théorie !
Ben en fait, dans l'état liquide il y a des corrélations entre l'orientation des molécules qui subsistent sur des distances bien plus grandes que la taille des molécules, et ce d'autant plus que la température est basse, donc ton micron, j'y crois !Personnellement, ça me paraît beaucoup, le micron. A priori, j'aurais plutôt dit que ça faisait quelques molécules d'eau, donc de l'ordre du nanomètre.
Je pensais plus à une approche "analyse dimensionnelle", mais là tu as carrément pondu (si je peux me permettre) une théorie, Coincoin ! Il faudrait vérifier que la longueur de corrélation évoquée ci-dessus est du bon ordre de grandeur.
Si tu veux faire de l'analyse dimensionnelle, tu enlèves le 6 !
Ca serait intéressant de voir si cette vitesse dépend de la température de l'eau. Et essayer de trouver des valeurs précises du coefficient d'autodiffusion (qui diminue avec la température).
Bon, l'analyse dimensionnelle d'ordre zéro ne marche pas : j'avais pensé que comme la chaleur latente de fusion de la glace a la dimension du carré d'une vitesse (des J/kg), la racine carrée de ce nombre pris dans les bonnes unités donnerait la vitesse cherchée... Bah non, ça donne environ 580 m/s.
Sinon en effet il faudrait voir comment ça dépend de la température... Je vais équiper mon bloc congélo !
Bon, on est pas les seuls à se poser la question : http://forums.futura-sciences.com/post777002.html
Merci Google...
Bravo Coincoin pour cette théorie, c'est joli
Je voulais signaler que le phénomène de surfusion est extensible à -40 ° C, jusqu'à 300 ° C (à pression ambiante)
J'ai appris ça aujourd'hui, et je ne le savais pas du tout. Il y a tout plein de recherche d'ailleurs sur les transitions liquide/gaz et liquide/solide, fort mal comprises (et j'avoue, c'est passionnant d'ailleurs), notamment la transition liquide gaz à basse température, comme ça se passe dans l'eau, avec le phénomène de spinodale, etc..
Allez voir sur http://www.lps.ens.fr/~balibar/ à la rubrique séminaire par exemple
Je voulais vous faire partager ce petit moment de passion
Salut deep_turtle,
Quel est la hauteur de ta bouteille d'Evi** ??
C'est une petite bouteille d'1/2 litre.
Bruits de farfouillage dans la poubelle...
Environ 20 cm je dirais.
OK!
Ben ça nous fait une vitesse d'environ 3cm/s je vois pas ce qu'il y a de dur à ça
Ce n'est pas difficile de mesurer cette vitesse, en effet. La question est assez différente : calculer cette vitesse en fonction des propriétés de la glace et voir si ça colle avec ce qu'on mesure.
Pour donner un autre exemple, quand tu fais tomber une bille de ta main, elle tombe par terre. Tu peux mesurer la distance qu'elle parcourt en une seconde, tu vas trouver environ 50 cm. D'un autre côté, tu peux calculer si la bille est accélérée par la pesanteur, la distance parcourue z est reliée au temps de chute t
où g=9,81 m/s2. Le calcul te dit que la distance parcourue en une seconde vaut environ 49 cm...
C'est le genre de truc qu'on voudrait faire ici !
Mouais si t'as pas mieux à faire et que tu as du temps à perdre..
Par contre je ne saisit pas l'utilité de ce truc un peu emm***ant
Ne fais pas de la recherche plus tard alors... C'est justement en perdant du temps sur ce genre de truc que l'on découvre tout plein de choses, car les phénomènes sont bien plus complexes qu'il n'y paraît (notamment comme je le rappelle le phénomène de métastabilité de transition d'état est encore mal compris)Envoyé par Bruno410
Mouais si t'as pas mieux à faire et que tu as du temps à perdre..
Par contre je ne saisit pas l'utilité de ce truc un peu emm***ant
ce truc emm***ant ça s'appelle la physique théorique....Mouais si t'as pas mieux à faire et que tu as du temps à perdre..
Par contre je ne saisit pas l'utilité de ce truc un peu emm***ant
En fait, je dirais même que c'est la physique tout court !
Personne ne t'oblige, il y en a que ça amuse/intéresse !je ne saisit pas l'utilité de ce truc un peu emm***ant
Je ne suis pas d'accord...En fait, je dirais même que c'est la physique tout court !
Oh non les pauvres...Personne ne t'oblige, il y en a que ça amuse/intéresse !
Alors c'est que tu ne connais pas encore la physique. La physique c'est partir de choses connus, essayer des raisonnements simples puis complexifier pour voir si ça colle toujours et déboucher sur une explication possible (une théorie).Je ne suis pas d'accord...
Il paraîtrait même qu'y a des physiciens qui sont tellement fous qu'ils continuent à faire de la physique en rentrant chez eux (forums, ...) plutôt que de se vautrer devant la TV comme tout le monde...Oh non les pauvres...
En attendant, je reste sceptique sur ma théorie : l'ordre de grandeur ne me plaît pas et j'ai l'impression d'oublier toute la partie thermo...
D'un point de vue microscopique, le phénomène me parait être d'une comlexité assez infernale.
La force qui fait passer l'eau de l'état surfondu à l'état liquide est la force électrostatique qui s'exerce entre les molécules, dont la charge n'est pas uniforme (orbitales électroniques moléculaires). Elles ont tendance à s'aligner comme une série d'aimants dans le sens nord-sud-nord-sud etc lorsqu'on ne les secoue pas trop fort pour qu'ils ou elles restent ensemble. Elles forment alors un cristal de glace.
La bouteille pouvant être manipulée à l'état surfondu, l'absence de congélation ne peut pas s'expliquer par de l'inertie ou de la viscosité. Les molécules bougent, mais ne restent pas alignées pour autant.
La congélation semble venir d'un effet domino entre molécule. Une fois qu'il y en a un paquet d'alignées, les autres suivent, même si elles étaient tranquillement surfondues auparavant.
Mais il faut un déclencheur à cet effet domino.
Il doit s'agit d'une polarisation électrique particulière, causée par la présence d'une impureté, ou d'un embryon de cristal de glace. A son voisinage, les molécules doivent s'aligner, alors qu'elles ne le font pas dans la bouteille surfondue. Donc le champ électrique doit être différent.
Il nous faut donc l'expression du champ électrique au voisinage d'un cristal de glace plongé dans de l'eau surfondue, la dynamique des molécules d'eau, l'étude de l'effet domino qui s'ensuit.... Choses complètement intordables au niveau microscopique si on n'a pas des simplifications telles que celle proposée plus haut.
Je me vois mal étudier la dynamique des orbitales électroniques moléculaires en mouvement dans un problème à N corps !
Certes, mais on pourrait imaginer déterminer les facteurs physiques importants et en trouver une combinaison qui donne une vitesse, dont l'ordre de grandeur est de quelques centimètres par seconde ?
il faudrait ouvrir un forum d'épistémologie de la physique...Je ne suis pas d'accord...
Oh non les pauvres...
Ou alors rappeler aux petits jeunes de 18 ans qu'ils ne savent pas ce qu'est la physique...
Je pense que Bruno a compris...
