Expérience amusante avec un ballon transporté...

[invite516d926f]

Petite question de physique amusante : Hier, j'étais dans un tram bruxellois, rentrant chez moi avec un ballon gonflé à l'hélium. Comme il n'y avait pas grand monde, j'avais choisi de laisser le ballon semi-libre, tenant la ficelle de façon à ce que le ballon soit à 1 m environ au-dessus de moi. Je l'observais quand j'ai constaté que lorsque le tram accélérait mon corps allait vers l'arrière alors que le ballon allait vers l'avant! De même, lorsque le véhicule tournait à gauche, j'étais porté vers l'extérieur de la courbe alors que le ballon avait une inclinaison rentrant vers l'intérieur ... Quelqu'un(e) peut m'expliquer cet apparent paradoxe ? Soyez simples, je n'ai fait aucune étude de physique, même amusante !
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[invitea3eb043e]

On peut voir 2 explications qui vont dans le même sens :
1) Si tous les passagers sont rejetés en arrière, ils repoussent l'air d'en bas et comme il faut bien que l'air revienne, il est chassé à l'opposé dans le haut.
2) Un ballon qui flotte est équivalent à une masse négative (la preuve : il cherche à monter). C'est le théorème d'Archimède : tout corps plongé dans un liquide est soumis à une force opposée au fluide déplacé. L'air est soumis à la force centrifuge, le ballon à l'opposé.
Plus délicat serait de comparer ces forces, surtout la première, faudrait voir le mouvement des gens et si ça se produit si le tram est vide.

[invite516d926f]

Merci, on progresse!
Le tram était quasi vide.

[invite1c6b0acc]

Bonjour,
Ile me semble que c'est la poussée d'Archimède, comme écrit par Jeanpaul : la force d'inertie due à l'accélération du bus est exactement équivalente à une attraction gravitationnelle.
Cordialement,

[A voir en vidéo sur Futura]

[calculair]

Bonjour,

Cette experience, peut aussi être faite dans un avion au decollage... tous les passagers sont collés vers l'arriere par l'acceleration et le ballon gonflé à hélium sera attiré par le poste de plilotage vers l'avant....

Il se produit un gradiant de pression dans l'avion avec une supression à l'arriere. Ce gradiant de pression est à l'origine de la poussée d'archimède qui pousse le ballon dans le sens inverse de l'acceleration. c'est aussi ce qui se passe lorsque tu laches ce type de ballon dans un parc... Il monte car g est dans l'autre sens et est à l'origine du gradient de pression atmospherique et de la poussée d'Archimède

[invite516d926f]

Merci, je commence à y voir plus clair ... C'est tout même magique, même expliqué ...

[stefjm]

Et si on fait l'expérience dans le vide, avec un ballon costaud!?

[calculair]

Et si on fait l'expérience dans le vide, avec un ballon costaud!?

Dans le vide pas de poussée d'Archimède....

[stefjm]

Donc le résultat redevient intuitif.

Ca me rappelle le Radiomètre de Crookes qui tourne dans un sens ou l'autre selon la pression.

[invitedb37c77a]

Bonjour,

Je suis tombé sur votre discussion et souhaite ajouter une idée avec les maigres connaissances de physique que je possède:
Ne faut-il pas voir le comportement du ballon comme se comporterai un pendule (mais la tête en l'air!).
L'impression que celui-ci prend une direction opposée étant juste le fait que celui-ci conserve sa "verticalité" alors que l'ensemble tram+gens est soumis au déplacement des forces sur les axes x y?

Je trouve l'hypothèse de la masse d'air déplacée par les gens un peu capillotractée mais pourquoi pas! D'autant que dans le tram "il n'y avait pas grand monde".

Mon hypothèse serait elle applicable dans un vide?

[obi76]

Bonjour,

L'impression que celui-ci prend une direction opposée étant juste le fait que celui-ci conserve sa "verticalité" alors que l'ensemble tram+gens est soumis au déplacement des forces sur les axes x y?

Non non, il va bien vers l'avant lorsque l'appareil accélère.

Je trouve l'hypothèse de la masse d'air déplacée par les gens un peu capillotractée mais pourquoi pas! D'autant que dans le tram "il n'y avait pas grand monde".

Justement, ce n'est pas ça l'explication. Si vous prenez une voiture, et que vous accélerez, alors le gradient de pression de l'air à l'intérieur n'est pas strictement vertical mais incliné (du à l'accélération de la gravitation + accélération de la voiture). Du coup, si on applique Archimède, on voit que le ballon va bien vers l'avant.

[phys4]

Ne faut-il pas voir le comportement du ballon comme se comporterai un pendule (mais la tête en l'air!).
L'impression que celui-ci prend une direction opposée étant juste le fait que celui-ci conserve sa "verticalité" alors que l'ensemble tram+gens est soumis au déplacement des forces sur les axes x y?

Bonjour,
Je trouve votre comparaison judicieuse : le ballon indique la direction de l'accélération totale. C'est indépendant du remplissage du véhicule, dans la mesure où le ballon peut se déplacer librement.

[Amanuensis]

Ne faut-il pas voir le comportement du ballon comme se comporterai un pendule (mais la tête en l'air!).

Oui, c'est un fil à plomb inversé (il s'aligne sur la pesanteur relative au point d'accrochage, ici considéré immobile relativement au véhicule), tout du moins si on néglige les mouvements de l'air et leur effet aérodynamique sur le ballon.

Mon hypothèse serait elle applicable dans un vide?

Non, puisqu'il n'y aurait pas de «poussée d'Archimède».

[Pio2001]

Bonjour,
On peut, plus intuitivement, et sans faire appel aux gradients de pression, un aquarium fermé, presque complètement rempli d'eau. Seul un centimètre d'air est présent tout en haut.
Lorsque l'aquarium accélère, l'eau se masse contre la paroi opposée à l'accélération. Le petit volume d'air est donc projeté vers l'avant.
L'aquarium représente le wagon du tram. L'eau représente l'air contenu dans le wagon. Le petit volume d'air restant représente le ballon gonflé à l'hélium, qui est un petit volume quasiment sans air que l'on introduit dans le wagon.

Dans le vide, le ballon gonflé à l'hélium tomberait comme un ballon ordinaire. Il pendrait vers le bas, et obéirait à la force centrifuge classique.

[invitedb37c77a]

Très intéressant ces petites questions de physique amusante! L'air est donc soumis à la gravité et autres forces centrifuges, centripètes... Je m'étais déjà posé la question par le passé en me demandant comment l'air (notre atmosphère) restait autour de la Terre sans se barrer dans l'espace. Ça me paraissait dingue que l'air soit soumis à la gravité, mais en se plaçant d'un point de vue plus petit il s'agit bien de matière (particules, atomes...). Est-ce bien la gravité qui tient tout ce petit monde dans notre atmosphère? Il y a d'autres forces en jeu peut-être...

[obi76]

Très intéressant ces petites questions de physique amusante! L'air est donc soumis à la gravité et autres forces centrifuges, centripètes... Je m'étais déjà posé la question par le passé en me demandant comment l'air (notre atmosphère) restait autour de la Terre sans se barrer dans l'espace. Ça me paraissait dingue que l'air soit soumis à la gravité, mais en se plaçant d'un point de vue plus petit il s'agit bien de matière (particules, atomes...). Est-ce bien la gravité qui tient tout ce petit monde dans notre atmosphère? Il y a d'autres forces en jeu peut-être...

C'est bien la gravité qui la maintient. C'est une des raisons pour lesquelles sur des astres "légers" (la Lune par exemple), l'atmosphère fini par partir.