Quelques petites question sur des phénomènes physiques

[inviteee20e3bc]

Bonjour à tous. Mon père m'a posé une colle en me posant les questions suivantes, et j'aimerai donc bien y trouver réponse

- On gonfle deux ballons de baudruche circulaires, l'un plus gonflé que l'autre ( environ 2 ou 3 fois) et on relie les deux ballons à l'aide d'un tuyau. Pour quoi le ballon le moins gonflé se vide t il de son air vers le ballon le plus gonflé?

Ensuite, je me suis posé d'autres questions :

Si on gonfle place un ballon de baudruche circulaire dans un autre ballon plus gonflé, que se passe t il si celui ci se dégonfle à l'intérieur de l'autre? après observation je constate que le volume du ballon qui le contient reste constant. en fait le ballon à l'intérieur peut être assimilé à de l'air, et donc si il se dégonfle, cela n'affectera pas le volume du ballon qui le contient?

ensuite, si le ballon à l'intérieur contenait un autre gaz que l'air, le fait de vider le gaz à l'intérieu du ballon modifierait il son volume?

Enfin ( c'est fini pour les ballons lol) autre question : J'ai cru comprendre que lorsqu'une fusée décolle, la force qui la propulse est la réciproque de la force qu'exerce la combustion du gaz sur le sol ( 3eme loi de Newton), c'est apparament le même principe pour les réacteurs. J'ai donc supposé que la force de propulsion avec un réacteur est due aux actions réciproque du réacteur sur l'air.

Mais pourquoi la propulsion marche t elle dans l'espace alors que l'espace est composé de vide?

J'ai du louper quelque chose.

En tout cas merci à tout ceux qui prendront le temps de me répondre
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[invited9d78a37]

- On gonfle deux ballons de baudruche circulaires, l'un plus gonflé que l'autre ( environ 2 ou 3 fois) et on relie les deux ballons à l'aide d'un tuyau. Pour quoi le ballon le moins gonflé se vide t il de son air vers le ballon le plus gonflé?

a priori ca ne doit pas se passer comme ca!si on est a température constante et qu'on a deux ballons identiques mais gonfler différement.
il suffit d'appliquer la loi des gaz parfaits , on peut par exemple dire que la tension de la peau du ballon et donc la pression sont relier de manière linéaire au volume
on a donc pour deux ballons idem un même
soit un ballon 1 ayant un volume double (et ainsi une pression double) que le ballon 2
On a donc pour le ballon 1

et le ballon 2


or et

donc

lorsqu'on relie les deux ballons on a finalement

le volume total final est donc



et donc

et donc chaque ballon a un volume deux fois moindre que celui calculé, le volume d'un ballon après avoir raccordé les deux ballons est de le volume initial du ballon le moins gonflé
car la pression est la même dans les deux ballons

Mais pourquoi la propulsion marche t elle dans l'espace alors que l'espace est composé de vide?

il y aussi la conservation de la quantité de mouvement. lorsqu'on tire avec un fusil, la balle part et on a forcément un recul du fusil.en bref la conservation de la quantité de mouvement pour la balle donne:
avec m la masse et v la vitesse
et bien c'est pareil pour la fusée avec ou sans matière.

[zoup1]

Cela se passe effectivement comme cela. Au moins si on remplace le ballon de baudruche par une bulle de Savon.
Cela est du à des effets de tension de surface.
Pour une bulle de savon (pour un ballon de baudruche c'est plus compliqué...) la pression à l'intérieur du ballon est d'autant plus grande que la surface est courbée, c'est à dire que la bulle est petite. Quand on relie les 2 bulles, l'écoulement d'air va des hautes pressions vers les basses pressions.

Ce comportement est liée à l'élasticité d'une membrane de savon. pour laquelle on peut simplement écrire que l'énergie est proportionnelle à la surface. Pour un ballon de baudruche c'est plus compliqué...

[invitea3eb043e]

Parlant de la propulsion par réaction, on peut voir les choses de plusieurs façons (c'est souvent le cas en physique et c'est riche).
Une des façons de raisonner est de parler de pressions.
Dans une baudruche, le gaz emprisonné exerce une pression sur toute la surface interne et les forces résultantes se compensent. Si on ouvre le ballon, la pression ne s'exerce plus sur la zone du trou, d'où déséquilibre et force résultante à l'opposé du trou. Cela marche encore dans le vide.

Pour un réacteur d'avion, c'est un peu plus délicat. La pression en aval est plus forte qu'à l'amont car les gaz sont échauffés donc il en résulte une poussée vers l'avant. La difficulté est de comprendre pouquoi la pression à l'aval ne remonte pas vers l'amont ; cela est dû à des effets dynamiques dans la turbine et la chambre de combustion. Le cas des statoréacteurs est exemplaire, on a du mal à comprendre pouquoi ça avance dans un sens et pas dans l'autre ! C'est là encore dû à des effets dynamiques assez délicats.

[A voir en vidéo sur Futura]

[invite105b4118]

Cela se passe effectivement comme cela. Au moins si on remplace le ballon de baudruche par une bulle de Savon.
Cela est du à des effets de tension de surface.

Cela fonctionne aussi avec les ballons de baudruche. Et pour la meme raison.

Ceci n'est pas une preuve mais lorsque l'on gonfle un ballon de baudruche, on remarque que le début de gonflage est plus dur que la suite : il est de plus en plus facile de gongler le ballon.

[zoup1]

Cela fonctionne aussi avec les ballons de baudruche. Et pour la meme raison.

Le véritable problème avec le ballon de baudruche c'est qu'il y a une forte sensibilité à l'histoire du ballon (hystérésis).
La première fois que l'on gonfle un ballon c'est beaucoup plus difficile que la deuxième.

[obi76]

La propulsion d'une fusée n'a rien a voir avec le contact du gaz sur le sol. En fait le barycentre du système (fusée + gaz) reste au même point. Si tu prend un avion par exemple et qu'il décole, il y aura autant de gaz à gauche d'un point immobile que de gaz+avion à droite.
S'il y a contact avec le sol, c'est le système fusée + gaz + terre qui a un barycentre fixe, donc en gros lorsqu'une fusée décole, la Terre recule ^^ (pas des masses je te l'accorde lol), ou même quand tu saute en l'air.

[mbochud]

Pour quoi le ballon le moins gonflé se vide t il de son air vers le ballon le plus gonflé?

:

Il ne faut pas oublier que la membrane du ballon dégonflé est beaucoup plus épaisse et que sa constante d’élasticité beaucoup plus grande.

(L’hystérèse est réelle mais pas suffisante pour expliquer cela.)

[zoup1]

(L’hystérèse est réelle mais pas suffisante pour expliquer cela.)

Ben en fait j'ai vraiment essayer de faire des manips avec des ballons de baudruche pour faire des démonstration de cours... et je peux t'assurer que c'est vraiment la galère... En fait tu peux assez facilement montrer que le gros ballon se vide dans le grand ou le contraire ! ou encore, qu'il se vide partiellement dans le grand seulement, ou le contraire !
Bref, tu ne montres pas grand chose.
Le tout sans compté que l'élasticité du ballon semble dépendre assez fortement du pigment utilisé pour le coloré...
bref, J'ai même passé du temps a essayer de trouver un protocole qui permettrai d'illustrer ce que je voulais... sans vraiment y parvenir.
Le résultat aurait sans doute été meilleur si j'avais utilisé des préservatifs, car je pense qu'on a un produit qui est beaucoup mieux calibré qu'avec des ballons ordinaires, mais la géométrie de l'objet n'est pas vraiment idéale.
Du coup, je me suis rabattu sur les bulles de savon qui fonctionnent plutot bien même si l'eau savonneuse a du mal a coexister avec la craie.

[inviteee20e3bc]

Ok donc tout résulte de phénomènes physiques compliqués, et surtout pas de mon niveau encore mais au moins j'en ai une petite idée déjà. en tout cas merci à vous d'avoir pris la patience de me répondre

[zoup1]

Heu !!!
Si c'est cela que tu en retires... c'est pas terrible.
Ce que je voulais dire c'est que le vrai cas simple c'est celui de la bulle de savon et pas celui du ballon de baudruche...
Le mieux (et ce qui ferait sans doute plaisir à ton père c'est que tu essayes de faire la manip par toi-même.
Ce n'est pas très facile car il faut réussir à stabiliser les bulles, mais cela peut se faire... Il faut toujours avoir présent à l'esprit que les bulles détestent les surfaces sèches, il faut une bonne eau savonneuse (un peu de savon liquide dans de l'eau que l'on laisse reposer quelques heures), ensuite, il faut un support pour les former les bulles et les maintenir en place... Ce que j'ai trouvé de mieux ce sont des cônes (bleus) de micropipettes (mais on ne trouve pas cela dans une cuisine généralement). Il faut qu'il y ait une partie qui soit à même de piéger un peu de liquide autour de l'orifice dans lequel on va souffler.
ensuite il faut quelque chose pour relier tout cela et permettre de passer d'une bulle à l'autre pour souffler dedans ou de relier les bulles entre elles (cela se fait avec une vanne trois voies)

Si c'est trop compliqué, on peut aussi utiliser des bulles à la surface de l'eau et un simple tuyau pour les relier. la difficulté alors est d'être sur qu'il n'y a pas un film de savon à l'extrémité du tube qui le bouche...