L'eau d'une ampoule de pharmacie

[EspritTordu]

Bonjour,


Pourquoi le liquide d'une ampoule de pharmacie (remplie sous vide d'air) ne tombe-t-il pas lorsque la dite ampoule est ouverte? Cela s'explique par le fait que le pression atmosphérique de 1 bar maintient le liquide dans le recipient compensant, par là, la pesanteur, n'est-ce pas?

Qu'en est-il alors si le diamètre du recipient est bien plus large, quelque dizaines de cm?

Si je prends un verre d'eau inversée comme une cloche, que je le plonge dans l'eau plus ou moins à l'horizontal de manière à faire chasser l'air du verre, puis alors je le redresse à la verticale et le place (sans jamais faire rentrer à nouveau de l'air dedans) hors de l'eau (le bord du verre est sous la surface encore!). Je vois donc par transparence (Ah oui, mon verre est transparent ) que le contenu du verre est rempli d'eau selon le même principe que l'ampoule précédente.
Maintenant si je force les choses, et je tire assez énergiquement sur le verre, celui-ci désormais entièrement dans l'air,... toute l'eau jusqu'alors contenu dans le verre retombe, pourquoi??? Quelle est la différence avec l'ampoule?

Un autre cas : si je rempli d'eau un parallélipipède mesurant moins de 10 mètres de hauteur, parallélipipède vide d'air il s'entend, je perce dans une des faces un trou, aurais-je face à mois un mur d'eau stable? (pour les amateurs, un peu à l'image de la porte dans le film Stargate?)

Merci d'avance.
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[inviteca4b3353]

si

Maintenant si je force les choses, et je tire assez énergiquement sur le verre, celui-ci désormais entièrement dans l'air,... toute l'eau jusqu'alors contenu dans le verre retombe,

est vrai donc

Cela s'explique par le fait que le pression atmosphérique de 1 bar maintient le liquide dans le recipient compensant, par là, la pesanteur, n'est-ce pas?

ne peut pas expliquer pourquoi le liquide reste dans l'ampoule.

La raison tient à la tension superficielle du liquide accollé à la paroi de l'ampoule, celle-ci est suffisament forte si la section est tres petite pour supporter le poids du liquide. Maintenant si tu prends un verre, le poids qui varie avec le volume est beaucoup plus important que la tension qui augmente avec la surface, et ce dernier effet devient négligeable dans ce cas, l'eau tombe sous son poids.

Maintenant lorsque pour l'ampoule, on casse la seconde extrémité, le liquide subit en plus de son poids la pression de la colonne d'air au dessus de lui, et cela vainc la tension superficielle et à nouveau le liquide tombe.

KB

[Pio2001]

Il y a tout de même un truc qui me chiffonne.

Lorsqu'on a cassé une extrémité de l'ampoule, celle-ci est à la pression atmosphérique. Le haut de l'ampoule est donc à la pression atmosphérique moins le gradient de pression entre le haut et le bas du liquide.
La tension superficielle va donc équilibrer pression atmosphérique contre pression de la colonne de liquide plus pression atmosphérique moins pression de la colonne de liquide, donc pression atmosphérique seule.

Donc la tension superficielle ne supporte absolument pas le poids du liquide !

Dès lors quelle est la différence entre le verre et l'ampoule ? Ne serait-ce pas plutôt la géométrie du ménisque ? Dans un verre, tout écoulement d'une partie du liquide peut être compensée par l'introduction d'un volume d'air équivalent en un point différent de la surface. On est en équilibre instable (vraiment vraiment très instable).
Dans l'ampoule, la tension superficielle ne va-t-elle pas s'opposer à cette déformation ? A quel moment passe-t-on de l'équilibre instable à un équilibre stable, où la tension superficielle s'oppose à une déformation du ménisque permettant une circulation des deux fluides air et eau dans des directions opposées ?

[Thrr-Gilag]

La tension superficielle va tendre à minimiser la surface du liquide.

La surface de l'eau au niveau de l'ampoule à un rayon de courbure plus petit que celui de ton verre (pratiquement de géométrie plane).

Dans le cas de l'ampoule brisée d'un seul côté, l'introduction d'air pour compenser la perte de pression du au liquide qui s'en irait, impose d'augmenter fortement la surface. La différence d'énergie impliquée par la tension superficiel entre le cas du non écoulement, et le cas de l'écoulement, fait que les perturbations usuelles ne permettent pas de sortir de cet état de stabilité.

D'ailleur le fait de foutre des pichenettes à l'ampoule permettra de donner suffisament d'énergie au système pour vaincre la différence de tension superficiel entre ces états, et on retrouve un écoulement.

Pour ton verre, la géométrie de la surface étant pratiquement plane, l'équilibre obtenu est très instable, et le passage de l'air pour remplacer la pression de l'eau ne va pas imposer de grosse contraintes. A la moindre perturbation, on va donc quitter cette position d'équilibre instable. (théoriquement, en l'absence de perturbation, l'eau devrait pouvoir tenir).

Pour ce qui est de l'ampoule brisée des côtés, il n'est plus nécessaire de changer l'état de surface pour que l'air remplace l'eau. On se retrouve donc dans un équilibre très instable où la moindre perturbation va permettre au poids du liquide de vaincre la tension de surface.

[A voir en vidéo sur Futura]

[EspritTordu]

Finalement, la force de l'eau dans sa chute vaut quelle valeur? Son poids moins la pression atmosphérique, moins la tension superficielle qui si j'ai bien compris est négligeable? Au passage comment calcule-t-on s'il vous plaît cette dernière?

Voilà mon essai de calcul :
*Poids d'eau Pe: rhô * h*g *S (rhô, masse volumique de l'eau 1000 KG.m-3, h, hauteur de la colonne d'eau, g, pesanteur au niveau de la mer 10 N.kg, S, surface de la base de la colonne ) soit 10000*h*S N
*Pression atmosphérique Pa : 1 bar= 100000 Pa=100000 N.m-2 soit 100000*S N
*Tension superficielle Ts : ????

D'où, en résumé la force finale
F=Pe-Pa-T
=>10000*h*S-100000*S<0 ????? (on néglige donc T)

Il y a une erreur...

[EspritTordu]

Il y a une erreur dans ce calcul certainement mais où?
En effet, l'eau retombe c'est un fait, mais d'après le calcul précédent l'eau remonte jusqu'à atteindre les 100000 Pa de l'atmosphère terrestre!

Comment calculer la force exacte qui fait tomber l'eau de mon verre?

[Pio2001]

Il ne faut pas soustraire la pression atmosphérique du poids de l'eau. S'il y avait du vide en haut de l'ampoule, cela voudrait dire que la colonne d'eau fait 10 mètres de haut.

Lorsque tu brises une extrémité de l'ampoule, l'air pénètre instantanément à l'intérieur. Et lorsque tu la retournes, la pression de l'air en haut de l'ampoule est tout juste inférieure à la pression atmosphérique. La différence correspondant à la pression de la colonne de liquide.

[EspritTordu]

Oui mais dans mon verre, sorti de l'eau, il n'y pas d'air !

[Pio2001]

Le matériau du verre est aussi à la pression atmosphérique. Il ne faut pas la soustraire.

Là tu abordes un problème d'hydrodynamique, ce qui est assez complexe. Il faut voir que si l'eau veut se déplacer, il va y avoir du vide à la place, mais comme l'eau est un liquide, ce vide va se remplir d'eau. D'où la création de turbulences qui permettent à toute l'eau de sortir du verre en se tortillant par l'ouverture.

[EspritTordu]

Je ne comprends pas.

L'enveloppe de verre de mon verre est bien soumis à la pression atmosphérique mais elle ne rentre pas en compte lorsque mon verre est juste sorti de l'eau. Pour l'eau à l'intérieur de mon verre, la coque l'isole d'un côté de la pression atmosphérique, de l'autre, le côté ouvert du verre, c'est tout autre chose : pour moi , ici il y a la pression atmosphérique. Pourquoi alors la supprimer du calcul?

Là tu abordes un problème d'hydrodynamique, ce qui est assez complexe. Il faut voir que si l'eau veut se déplacer, il va y avoir du vide à la place, mais comme l'eau est un liquide, ce vide va se remplir d'eau. D'où la création de turbulences qui permettent à toute l'eau de sortir du verre en se tortillant par l'ouverture

Oui...., pouriez-vous être plus clair SVP? Lorsque je tire mon verre hors de l'eau (rempli), il y a du vide entre le verre et la surface de l'eau selon vous?

[Pio2001]

Pour l'eau à l'intérieur de mon verre, la coque l'isole d'un côté de la pression atmosphérique, de l'autre, le côté ouvert du verre, c'est tout autre chose : pour moi , ici il y a la pression atmosphérique. Pourquoi alors la supprimer du calcul?

Parce qu'elle est retransmise au fond du verre par l'intermédiaire de l'eau.
A la surface de l'eau, la pression est égale à la pression atmosphérique. Tous les calculs de pression dans l'eau doivent partir de cette référence et tenir compte de la différence de hauteur avec la surface.

L'eau cessera totalement de retransmettre la pression atmosphérique au fond du verre lorsque le verre sera hissé 10 mètres hors de l'eau. Alors la colonne d'eau cessera de monter, et du vide se formera au fond du verre.

Oui...., pouriez-vous être plus clair SVP? Lorsque je tire mon verre hors de l'eau (rempli), il y a du vide entre le verre et la surface de l'eau selon vous?

Non, mais cela aurait été le cas si l'on avait dû soustraire la pression atmosphérique.
C'est la pression atmosphérique, de 1 Bar, qui fait remonter l'eau dans le verre retourne que tu tires, et non la force de ton bras qui l'aspire. Elle presse sur l'eau de l'évier, et celle ci presse sur le fond du verre à raison de 0,99 Bars environ (pression atmosphérique moins 0.01 bar de hauteur d'eau), tandis que l'air presse en sens inverse à raison de 1 bar.

Ainsi le fond du verre retourné est pris en sandwitch entre de l'air à 1 bar et de l'eau à 0,99 bars.

[EspritTordu]

Voilà pour illustrer ma question, j'ai déposé un schéma montrant les trois étapes :A pour chasser l'air du verre, B la colonne d'eau formée, C l'eau qui retombe.

Il semblerait que nous sommes pas sur la même longueur d'onde (ou c'est moi qui ne suit plus ): vous me décrivez le cas B, n'est-ce pas? J'ai compris le cas B et je cherche maintenant la résultante F du cas C.

[Pio2001]

Pour moi la figure C est une figure impossible sous 10 mètres.

L'eau ne peut sortir que si l'air rentre.

[EspritTordu]

Pourtant l'eau de mon verre tombe bien !

[sitalgo]

Elle tombe parce que de l'air rentre.
Quand tu soulève le verre de disons 1 ou 2mm au-dessus de l'eau, les forces qui font sortir l'eau ou rentrer l'air sont indépendantes de la hauteur d'eau dans le verre. C'est de l'eau qui est à une pression de 2mm de hauteur d'eau, point barre.

A ce moment les forces de tension superficielle ne permettent pas de faire tenir une interface verticale entre eau et air, donc l'eau va s'écrouler et des bulles d'air vont entrer.

[EspritTordu]

Ce n'est pas très clair pour moi: selon vous lorsque je lève le verre au-dessus de l'eau, une partie cylindrique de la colonne d'eau se retrouve à l'air libre. Prise en sandwidch entre la surface d'eau et son propre poids (et non aussi le reste de la hauteur d'eau?), les parois verticales ne résistent pas et s'affaissent : l'air rentre c'est cela?

Je prends un autre exemple, celui d'un seau d'eau plein. Je le ferme alors avec un couvercle hermétique et je le bascule de manière que le couvercle se trouve désormais en bas. Je le soulève et le tiens en suspension à bout de bras. J'ouvre le couvercle, l'eau tombe aussi.

Sinon le même seau, fermé, dans lequel on perce un trou avec une aiguille, l'eau tombe-t-elle?

[EspritTordu]

Elle tombe parce que de l'air rentre.
Quand tu soulève le verre de disons 1 ou 2mm au-dessus de l'eau, les forces qui font sortir l'eau ou rentrer l'air sont indépendantes de la hauteur d'eau dans le verre. C'est de l'eau qui est à une pression de 2mm de hauteur d'eau, point barre.

A ce moment les forces de tension superficielle ne permettent pas de faire tenir une interface verticale entre eau et air, donc l'eau va s'écrouler et des bulles d'air vont entrer.

Oui,c'est-à-dire?