Après la tasse, le verre : buvons !

[pmdec]

L'expérience qui suit n'est pas nouvelle, mais je pense en être l'auteur originel. Je l'ai proposée sur un forum "Infonie" il y a plus de 10 ans, puis je l'ai vue "publiée" sur un site sous le titre "la baignoire de Shadoko" (shadoko était le pseudo que j'utilisais sur le forum). Je n'ai jamais vu d'explication convaincante* ...

Matériel:
· un lavabo muni d'une vidange sans fuite avec une commande depuis la robinetterie,
· un verre en plastique (sic !) rigide ou mieux, un récipient en matière plastique un peu souple mais pas trop. On peut aussi utiliser un verre en ... verre, à condition de le munir d'un joint (morceau de chambre à air retourné ou 2 ou 3 préservatifs (cotés ouverts retournés à l'intérieur). Cette étanchéité n'est pas nécessaire au bon déroulement de l'expérience, mais son résultat est moins convaincant quand il y a des fuites.

Expérience:
1a. Fermer la bonde. Poser le récipient retourné autour de la bonde.
1b. Ouvrir un robinet, pas trop fort, pour que le verre ne se déplace pas.
1c A un certain moment, selon le poids du verre, il "remonte" et se retourne. Normal.

2a. Continuer à laisser couler l'eau pour que son niveau soit supérieur à la hauteur du récipient. Arrêter l'eau.
2b. Enfoncer le récipient retourné et le plaquer dans le fond autour de la bonde.
2c. Lâcher. Le récipient remonte. Evidemment ...

3a. Enfoncer le récipient, le plaquer dans le fond autour de la bonde (comme 2b).
3b. Ouvrir la bonde. Si le fond du lavabo n'est pas trop cabossé, il n'y a pas trop de fuites, et, quand on le lâche, le récipient reste "plaqué" dans le fond.
3c. Fermer la bonde.


Faites vraiment la manip avant dire ce que vous en pensez : c'est particulièrement surprenant surtout quand on ferme la bonde doucement.

* La mienne, publiée anonymement sur un forum, n'a jamais reçue d'écho. Peut-être parce qu'elle est ... philosophique ?
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[zoup1]

J'ai envie de faire la manip, mais je n'ai pas ce qu'il faut sous la main, et puis il est beaucoup trop tard...

Pour moi, au 3c, il ne se passe rien si il n'y a pas de fuites. Au pire lorsque la bonde descend, la depression dans le verre augmente et donc le verre est encore plus collé.

Il ne me semble d'ailleurs pas très facile de vérifier qu'il n'y a pas de fuite... puisqu'ici il s'agirait de fuite d'eau dans de l'air... ce qui ne fait pas vraiment de bulles...
Si par contre il y a des fuites, les pressions vont s'équilibrer entre l'eau et l'intérieur du verre de telle sorte que le verre va exactement se retrouver à flotter entre 2 eau ; ni plus dense (en moyenne que l'eau qui l'entoure) ni moins dense. Ensuite vu la forme du verre que j'imagine, il va avoir tendance à se retourner, pour faire passer la partie la plus dense en bas et la moins dense en haut... l'air va s'échapper du verre et voilà...

Voilà ce que je vois, mais il y a sans doute quelque chose qui m'échappe, je ferais la manip demain...

[pmdec]

Il ne me semble d'ailleurs pas très facile de vérifier qu'il n'y a pas de fuite... puisqu'ici il s'agirait de fuite d'eau dans de l'air... ce qui ne fait pas vraiment de bulles...

Vérification "grossière" : laisser toute la nuit après avoir repéré le niveau du lavabo. Vérification plus fine : démonter le syphon !
Quant à la vapeur d'eau qui diffuserait entre le verre et le lavabo ... (lu en vrai !!!)
Amusez-vous bien,
A+

[livre]

Bonjour,

Si c'est une devinette, je vais tenter de répondre. Je pense que lorsqu'on ouvre la bonde sous le gobelet retourné dans le lavabo rempli d'eau, on effectue un ré-équilibrage des pressions entre la pression atmosphérique et la pression qu'il y a dans le gobelet. Avant l'ouverture, l'air dans le gobelet était pousssé vers le haut par "l'eau qui voulait rentrer", d'où une certaine force ascendante. Après l'ouverture de la bonde, le gobelet se comporte comme un grand bouchon. Le bouchon du lavabo ne remonte pas parce qu'il y a de l'air dessous.

[A voir en vidéo sur Futura]

[pmdec]

.../...Après l'ouverture de la bonde, le gobelet se comporte comme un grand bouchon.../...

Je suis parfaitement d'accord.
Et si, après cela, on referme la bonde, que se passe-t-il à votre avis, puisqu'on ne change pas la pression par cette "opération" ?

[invited5095748]

Je suis parfaitement d'accord.
Et si, après cela, on referme la bonde, que se passe-t-il à votre avis, puisqu'on ne change pas la pression par cette "opération" ?

Si parfaitement étanche, rien: le gobelet reste au fond. Non?

[pmdec]

Non.

Avec étanchéité à la graisse de silicone ("fuite" non décelable vec la bonde ouverte (moins d'une goutte en 12 heures, probablement aucune fuite)).
Il me semble que ce qui fait remonter le gobelet, c'est la poussée d'Archimède. Pour qu'elle "s'exerce", il faut une différence de pression entre le dessus et le dessous de l'objet (les pressions "latérales" s'annulent). Ici, le dessous, c'est le "bas" de l'air contenu dans le gobelet. Si la hauteur d'eau est de 20cm, quand on enfonce le gobelet, la pression dans le gobelet atteint 20cm d'eau (on voit le niveau "monter" dans le gobelet). Quand on ouvre la bonde, la pression redevient la pression atmosphérique (c'est pour ça qu'il reste au fond : il n'y a plus que la pression "dessus"). Quand on referme la bonde, si l'étanchéité est suffisante, la pression reste la pression atmosphérique : il n'y a donc pas de "pousseé vers le haut". S'il y a des fuites, un peu d'eau rentre et la pression augmente, mais ce n'est pas "immédiat".
Or le gobelet remonte "immédiatement" dès que la bonde est fermée : il faut le voir pour le croire : faites l'expérience, même si ce n'est pas tout à fait étanche, c'est particulièrement surprenant. Et, à mon avis, l'explication est ... ailleurs !

[invited5095748]

Je n'ai pas la possibilité de faire cette expérience, par faute de matériel. Mais effectivement, ce que tu décris est tout à fait surprenant. Je veux bien te croire. Mais je suis très curieux de connaitre ton explication...

[invite14ea0d5b]

Expérience géniale ! Je viens de la faire avec du matériel de faible qualité (verre submergé aux 3/4 seulement : petit lavabo) et un petit peu de fuite (au bruit) et pourtant tout se passe exactement comme le décrit pmdec... ça me taraude

edit : le plus étonnant étant quand même que le verre remonte quand on referme; pmdec es-tu sûr qu'on observe le même effet si le verre est rigide et qu'il n'y a pas de fuites ?

[invited5095748]

Allez stp pmdec, donne-nous ton explication...

[livre]

Or le gobelet remonte "immédiatement" dès que la bonde est fermée

Peut -être à cause d'une augmentation de pression, due à une onde de choc ou une déformation du gobelet qui créer alors une ouverture à la jointure (?...) Et et si on ferme la bonde de manière (très) lente, est-ce qu'il remonte aussi vite?

[invitebde7b642]

Bon aller, je tente une explication d'après vos descriptions sans avoir réalisé l'expérience.
Je met donc un verre plein d'air que je plaque dans le fond d'un lavabo que je rempli d'eau.
Jusque là, tout le monde sait que si je lache le verre, il va ce retourner violemment et l'air remonter à la surface. Pourquoi ?
L'air est bien moins dense que l'eau et comme nous sommes sur terre la gravitation tend à faire descendre l'eau au dessous de l'air. Par déplacement successif l'air ce trouve à la surface et hors de l'eau.
(Il faut noter que si le verre était assez lourd pour une faible contenance d'air, il pourrait également rester au fond sans ce retourner). Le verre ce retourne car l'entropie de l'eau et de l'air excerce des pressions sur les parois de celui-ci de façon non régulière. Il existe néanmoins une probabilité pour que le verre remonte à la surface sans ce retourner.



Lorsque l'on ouvre la bonde, que ce passe t il ?
Le verre reste plaqué au fond : pourquoi ?
La gravitation tend toujours a vouloir faire descendre l'eau au dessous de l'air. Il y a un joint qui tend à éviter que l'eau s'infiltre, la pression s'exerce donc contre le verre et d'autant plus fortement que la colonne d'eau au dessus du verre est grande.
Quand à l'air, elle serait remonté si l'eau passait au dessous.
La bombe étant ouverte, il existe deux choix pour notre air. Il faut une certaine énergie pour lutter contre la pression de l'eau sur notre verre, énergie que l'on va nommer Ev, et il faut une certaine énergie pour s'échapper vers la bombe Eb.
Ici Eb < Ev, et comme tout le monde sait que la nature est féniante , notre système tant à consommer le minimum d'énergie. L'air peut ainsi s'échapper dans notre bombe. La pression exercé sur notre verre ne diminue pas, la pression dans le verre s'équilibre enfin avec celui du tuyau sous la bonde que l'on peux juger proche de la pression atmosphérique. La pression dans le verre est maintenant inférieur à la pression au départ (Car l'air contenu dans le verre a vu sa pression augmenter au contact de l'eau et au fur et à mesure de sa descente).
Notre circuit est ouvert, et il y a un équilibrage constant entre la pression du verre et la pression atmosphérique du tuyau. (D'ailleur imaginons que l'air contenu dans le tuyau soit limité, pensez vous qu'au bout d'un certain temps le verre remonte ?)

Maintenant on referme la bonde. Il n'y a plus d'échange entre l'air contenu dans notre verre et le syphon. La pression dans le verre est maintenant à la pression atmosphérique. Pression bien inférieur à la pression de la colonne d'eau. Le circuit est maintenant fermé, il n'y a plus d'échange possible avec le tuyau.

Le verre remonte donc, ce qui est tout à fait logique.

Pour résumer, dans ce problème, il ne faut pas ce limiter à la seul pression.

[invite14ea0d5b]

Le verre remonte donc, ce qui est tout à fait logique.

Ma bonde doit être fermée : je vois pas pourquoi

Pour résumer, dans ce problème, il ne faut pas ce limiter à la seul pression.

Peut-être, mais
"L'air est bien moins dense que l'eau et comme nous sommes sur terre la gravitation tend à faire descendre l'eau au dessous de l'air."
est une phrase un peu dangereuse, par exemple.

Il y a d'autres passages un peu limites, notamment avec les "energies de lutte" : aucune energie n'est dépensée par l'air tant que le verre bouge pas.

Enfin bref ce qui m'intéresse surtout c'est de savoir pourquoi c'est logique que le verre remonte à la fin :
avant de refermer la bonde : pression dans le verre = 1 atm
après avoir refermé : pression dans le verre = 1atm, mais le verre remonte. OK, mais alors qu'est-ce qui fait remonter le verre ?

[invitebde7b642]

avant de refermer la bonde : pression dans le verre = 1 atm
après avoir refermé : pression dans le verre = 1atm, mais le verre remonte. OK, mais alors qu'est-ce qui fait remonter le verre ?

On est d'accord pour dire qu'en terme de pression, c'est logique. Dans le verre 1 atm et à l'extérieur la pression exercé par la colonne d'eau > 1 atm.

D'ou coup la question devient, mais pourquoi le verre ne remonte t il pas quand la bonde est ouverte ?

Et c'est à ce moment là que ce n'est plus un problème de pression. On passe à un problème de quantité d'énergie à dépenser.
Enfin, je pense.

[invite14ea0d5b]

pmdec, tu nous as oubliés ?

[pmdec]

Mais non, mais non ...