deux ballons...

[invité576543]

Salut

Dans ce cas, c'est l'expérience qui fait loi, le reste est du blablabla, et tout le monde peut constater que c'est lorsqu'on commence à gonfler un ballon que la résistance au gonflement est la plus forte, et donc la pression la plus élevée. La raison en est qu'à volume égal, la paroi du ballon est plus épaisse lorsque sa surface est la plus faible, et un élastique épais a une résistance à l'étirement plus forte qu'un élastique mince.

Désolé, mais il y a deux explications différentes, avec des effets quantitivement distincts. Si on gonfle peu le petit ballon, sans passer le point dur (le point au-delà duquel on constate un changement de propriété), le petit ballon se vide dans le grand. Mais il y a des différences si on gonfle totalement, puis dégonfle avant de regonfler (il y a clairement un changement de propriété du matériau). Le résultat quantitatif est différent, l'équilibre ne se fait pas petit ballon vide.

Ensuite l'expérience avec une faible différence de volume à grand volume montre aussi le phénomène...

Pour moi, il y a une explication claire dans le cas où on ne ne passe pas le point de transformation du matériau (lié à la difficulté de gonfler le ballon la première fois). L'autre cas est celui qui est intéressant, parce qu'il n'apparait pas d'effet de seuil...

Cordialement,
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[invité576543]

Salut

Dans ce cas, c'est l'expérience qui fait loi, le reste est du blablabla,

C'est bien pour cela que je l'ai faite, et ne me suis pas contenté de l'argument de la difficulté de gonfler le ballon au début la première fois.

Cordialement,

[DonPanic]

C'est quand même un problème intéressant, ou une quantité intensive (la tension élastique) est une variable décroissante de la quantité extensive conjuguée (le volume), ce qui conduit à une situation d'instabilité augmentant les différences.

J'étais au courant de cette expérience, et comme dans les animations scientifiques que je dirige, je fais faire aux enfants des courses de voitures à réaction propulsées par des ballons gonflés, j'ai pu constater que ce n'était jamais celles dont les ballons étaient les plus gonflés qui allaient le plus loin, mais celles qui atteignaient la vitesse la plus grande juste après le démarrage. Ces ballons changent de volume "à vide" après 2 ou 3 gonflements et on ne peut dire que leur matière est parfaitement élastique, chaque gonflement affaiblissant la résistance au gonflement, à chaque course, je fournis donc à chacun des gamins un ballon neuf.
J'essaie d'expliquer aux gamins le phénomène par le rapport épaisseur/surface car je doute qu'on puisse correctement l'interprêter par les forces de tension superficielle.

[DonPanic]

C'est bien pour cela que je l'ai faite, et ne me suis pas contenté de l'argument de la difficulté de gonfler le ballon au début la première fois.

C'est pourtant un argument fort ! Les enfants les plus jeunes n'arrivent pas à gonfler les ballons, il suffit de les aider un peu, en commençant le gonflement, ensuite, non seulement, ils y arrivent, mais en continuant leur gonflement, ils font éclater les ballons sans difficulté.

[invité576543]

C'est pourtant un argument fort ! Les enfants les plus jeunes n'arrivent pas à gonfler les ballons, il suffit de les aider un peu, en commençant le gonflement, ensuite, non seulement, ils y arrivent, mais en continuant leur gonflement, ils font éclater les ballons sans difficulté.

Je me repète: gonfle un ballon une première fois : c'est dur. Gonfle à fond, dégonfle. Gonfle un ballon une deuxième fois, c'est beaucoup plus facile que la première.

Ceci est le phénomène A.

Le phénomène B du dégonflement du petit dans le grand semble indépendant de ce phénomène A.

En d'autre terme, je peux très bien imaginer qu'il existe un matériau qui ne présente pas la propriété amenant au phénomène A, mais qui présente le phénomène B... Ou encore, B n'implique pas A, en pure logique, puisque (B faux et A vrai) est vrai: donc B n'est pas une explication de A...

Cordialement,

EDIT: Pas besoin d'imaginer... Le ballon gonflé puis dégonflé ne présente plus le phénomène B, et le jeune enfant arrive à gonfler le ballon...

[DonPanic]

En d'autre terme, je peux très bien imaginer qu'il existe un matériau qui ne présente pas la propriété amenant au phénomène A,

qui est l'art de changer les données d'un problème...

Un ballon plusieurs fois gonflé présente un rapport épaisseur/surface plus faible...

[invité576543]

qui est l'art de changer les données d'un problème...

Lis la partie éditée... Et fais les expériences toi-même et constates ce que je raconte...

Je trouve assez exaspérant de se faire critiquer alors que je fais l'effort d'analyser mes propres arguments, de faire une expérience et des contre-expériences, d'expliquer ce que je constate... Par quelqu'un qui se bloque sur une opinion a priori, contredite par ce que je constate...

Cordialement,

[zoup1]

Bon, moi aussi j'ai fait la manip... mais j'ai commencé avec un ballon rouge et un ballon bleu.
Il se trouve que lors de cette première manip, j'ai commencé à voir le gros ballon se vider dans le grand. J'ai recommencé la manip et j'ai constaté exactement le contraire. J'ai ensuite constaté une différence de comportement entre les ballons bleus et les ballons rouges... après avoir été gonflés les ballons rouges deviennent frippés alors que les ballons bleus restent lisses.... Bref, les ballons bleus semble avoir un module d'élasticité plus grand et dans ces conditions c'est plutot le ballon bleu qui a tendance à se vider dans le ballon rouge.

Fort de cette expérience, j'ai fais la manip en utilisant uniquement des ballons bleus.
Et la conclusion est que les choses ne sont pas très simples....
Il apparait clairement qu'il y a une hystéresis dans l'évolution du système. Par exemple, si l'on part d'une situation pour laquelle j'ai un ballon gonflé (A) et un ballon dégonflé (B), en appuyant légèrement sur le ballon A, j'arrive à gonflé un peu le ballon (B). si je relache la pression sur A.. la ballon B se vide dans A. On est donc dans une situation ou le ballon le plus petit se vide dans le plus gros.
Si j'appuye maintenant plus fort sur le ballon A, le ballon B va se gonfler de façon plus importante et lorsque je relache la pression sur A, le ballon B va s'équilibrer sans se vider entièrement dans A mais il va garder une taille telle que sa membrane est étirée.
Enfin, si j'appuye maitenant doucement sur B. B ve se vider un peu dans A mais si je relache la contrainte sur B. B va retrouver sa taille initiale, on est alors dans une situation où le plus gros se vide dans le plus petit (sans pour autant qu'on arrive à une situation pour laquelle il y a équilibre des tailles). Mais ceci ne se produit que si la pression appliquée sur B est suffisemment faible. Si on maintient une pression trop importante sur B alors il se vide entièrement dans A et on se retrouve dans la situation initiale.

Bref, la situation n'est pas vraiment simple...

[DonPanic]

Je me repète: gonfle un ballon une première fois : c'est dur. Gonfle à fond, dégonfle. Gonfle un ballon une deuxième fois, c'est beaucoup plus facile que la première.
Ceci est le phénomène A.

Que tu expliques comment ?
comme le constate Zoup1

mais il va garder une taille telle que sa membrane est étirée.

le gonflement est plus facile car un ballon qui a été plusieur fois gonflé ne revient pas à ses dimensions d'origine, non ?
Alors en quoi l'argument du rapport épaisseur/surface serait faux ?

Et je te répète que ce n'est pas une fois, mais des centaines de fois que la constatation a été faite avec les gamins

[zoup1]

Il me semble bien qu'il y a une évolution relativement lente des propriétés du caoutchouc, en effet... dans une série d'expériences, si on dégonfle entièrement l'un des ballons (alors qu'il était au préalable très gonflé), l'autre etant très gonflé, le ballon gonflé se vide dans dans l'autre jusqu'à ce qu'il y ait a peu près équilibre des tailles.
Si à la suite de cela on vide de nouveau le premier ballon et qu'on le laissse dans cet état un certain temps, il va finir par au bout de quelques minutes à retrouver des propriétés élastiques telles que la pression dans le ballon gonflé n'arrivera pas à gonfler l'autre (enfin pas beaucoup).

Je pense donc au vu de tout cela, que si l'on veut avoir une compréhension correcte sur cette question, il faut avoir un modèle raisonnable de l'élasticité du cahoutchouc qui prenne en compte l'évolution plastique de ses propriétés.

NB : Dans la situation que je décris ici, il est possible que l'évolution des propriétés élasitques soient lié à un échauffement de la membrane, dans la mesure où pour vider le ballon jje le comprime avec mes mains une pression dessus pendant un temps assez long...
Cependant une fois la situation finale atteinte, si je laisse le dispositif s'équilibrer thermiquement avec l'extérieur, rien ne se passe....

[invité576543]

Que tu expliques comment ?
comme le constate Zoup1

le gonflement est plus facile car un ballon qui a été plusieur fois gonflé ne revient pas à ses dimensions d'origine, non ?
Alors en quoi l'argument du rapport épaisseur/surface serait faux ?

Mes derniers postes ne discutaient pas ce point.

Fait d'expérience:

Un ballon jamais gonflé présente un point dur: la dilatation est nulle en dessous une certaine pression, et, lorsqu'un seuil de pression est passé, le ballon se gonfle brusquement, et la suite du gonflage demande moins de pression que celle qui a été nécessaire pour passer le point dur.

Un ballon plusieurs fois gonfle ne présente pas de point dur. Une fois passée la première partie du gonflage à pression quasi nulle (qui existe dans les deux cas, mais est plus longue dans le deuxième cas, à cause de la déformation), la diminution de pression nécessaire au gonflage est peu perceptible.

Conséquence : La difficulté de gonflage dont il été question plusieurs fois peut très bien s'expliquer par l'existence de ce point dur. Elle n'entraîne pas l'évidence que l'élasticité diminue plus vite que le volume.

Cette propriété de l'élasticité se constate tout autant sur un ballon qu'il est facile de gonfler au début. Le raisonnement "dur à gonfler au début" => "élasticité diminue avec le volume dans tous les cas de figure", ne tient pas, cela aurait pu être spécifique au passage du point dur.


Pour en revenir au rapport épaisseur/surface, c'est certainement une bonne piste pour la variation élasticité vs. volume. Comme je ne le constate pas dans le cas linéaire (ruban élastique : sa tension ne décroit pas quand on le tire, alors qu'il y a un changement d'épaisseur), un exposant doit intervenir dans l'histoire, qui distingue le cas linéaire du cas "ballon". Si quelqu'un a une proposition pour une formule...

Cordialement,

[invité576543]

Et je te répète que ce n'est pas une fois, mais des centaines de fois que la constatation a été faite avec les gamins

Je n'ai jamais contredit cette constatation! Je la connaissais, pour la même raison que tu dis: j'en ai démarré pas mal aussi.

Mais je mettais, et mets toujours, cela principalement à l'actif d'une modification irréversible des propriétés du matériau. Même s'il est clair, maintenant pour moi, qu'un autre phénomène est à l'oeuvre; mais, par constatation expérimentale, il est moins important que le premier, et le premier suffirait à expliquer la constatation faite avec les gamins.

Cordialement,

[DonPanic]

@zoup1
J'ai constaté qu'il faut un fort déséquilibre de volume entre 2 ballons pour que le plus petit se vide dans le grand. Il faut tenir compte du fait que ces ballons doivent provenir du même stock pour conserver à peu près les mêmes propriétés d'élasticité qui varient très vite avec le temps comme tout article en caoutchouc, qu'il n'est pas exclu que les colorants puissent interférer avec les propriétés élastiques, et qu'on ne peut exclure non plus des variations dans l'usinage de chaque ballon.
Et que passé une certain stade de gonflement, l'évolution de finesse de membrane puisse localement chaotique...
Il est donc impératif d'utiliser à chaque fois 2 ballons provenant du même lot, chacun à son premier gonflement dans des temps de gonflement égaux, et éviter tout surgonflement, pour que l'expérience soit significative...

[zoup1]

Pour en revenir au rapport épaisseur/surface, c'est certainement une bonne piste pour la variation élasticité vs. volume. Comme je ne le constate pas dans le cas linéaire (ruban élastique : sa tension ne décroit pas quand on le tire, alors qu'il y a un changement d'épaisseur), un exposant doit intervenir dans l'histoire, qui distingue le cas linéaire du cas "ballon". Si quelqu'un a une proposition pour une formule...

Je vais peut-être dire des bétises mais il me semble qu'en élasiticité linéaire la diminution de l'épaisseur est prise en compte dans ce qu'on appelle le module de poisson mais n'intervient nullement dans le module d'Young qui est la seule grandeur à prendre en compte pour décrire l'élastiticité du matériaux.
Mais sommes nous ici encore dans le cadre d'une élasticité linéaire ?

Il faut peut-être faire une recherche pour avoir plus d'information sur les propriétés élastiques d'une membrane caoutchouc... Je vais essayer avec google...

[invité576543]

@zoup1
J'ai constaté qu'il faut un fort déséquilibre de volume entre 2 ballons pour que le plus petit se vide dans le grand.

Je l'ai constaté avec une différence assez faible aussi. Le cas m'intéressait, puisque le point intéressant est s'il s'agit d'une propriété "infinitésimale", c'est-à-dire compatible avec une formule simple liant élasticité et volume.

Si on ne constatait le phénomène que dans des cas de forts déséquilibre, les explications du genre épaisseur/surface seraient insuffisantes...

Cordialement,

[zoup1]

@zoup1
J'ai constaté qu'il faut un fort déséquilibre de volume entre 2 ballons pour que le plus petit se vide dans le grand. Il faut tenir compte du fait que ces ballons doivent provenir du même stock pour conserver à peu près les mêmes propriétés d'élasticité qui varient très vite avec le temps comme tout article en caoutchouc, qu'il n'est pas exclu que les colorants puissent interférer avec les propriétés élastiques, et qu'on ne peut exclure non plus des variations dans l'usinage de chaque ballon.
Et que passé une certain stade de gonflement, l'évolution de finesse de membrane puisse localement chaotique...
Il est donc impératif d'utiliser à chaque fois 2 ballons provenant du même lot, chacun à son premier gonflement dans des temps de gonflement égaux, et éviter tout surgonflement, pour que l'expérience soit significative...

Je suis assez d'accord dans l'ensemble c'est pour cela que j'ai travaillé avec des ballons bleus qui proviennent du même stocke...
Là ou je suis moins d'accord, c'est sur le premier gonflement, je pense au contraire qu'il est préférable d'utiliser des ballons déjà gonflés. Je pense que les variations de leurs propriétés élastiques sont plus faibles que pour des ballons à leur premier gonflement.
(Et puis il se trouve que je dispose d'un stock assez limité en ballon bleus).

[zoup1]

Je l'ai constaté avec une différence assez faible aussi. Le cas m'intéressait, puisque le point intéressant est s'il s'agit d'une propriété "infinitésimale", c'est-à-dire compatible avec une formule simple liant élasticité et volume.

Si on ne constatait le phénomène que dans des cas de forts déséquilibre, les explications du genre épaisseur/surface seraient insuffisantes...

Est-ce que tu peux préciser dans quelles types de conditions tu as pu observer cela ? Je dois bien avouer que en ce qui concerne les essaye que j'ai pu faire, je n'ai constater le vidage de la petite dans la grande que dans des conditions où les propriétés élastiques des 2 ballons étaient manifestement différentes ou bien lorsque les volumes initiaux était très différents.

[DonPanic]

Cette propriété de l'élasticité se constate tout autant sur un ballon qu'il est facile de gonfler au début. Le raisonnement "dur à gonfler au début" => "élasticité diminue avec le volume dans tous les cas de figure", ne tient pas, cela aurait pu être spécifique au passage du point dur.

Pour en revenir au rapport épaisseur/surface, c'est certainement une bonne piste pour la variation élasticité vs. volume. Comme je ne le constate pas dans le cas linéaire

Qu'appèles es-tu point dur ?
pour un souffle égal, tu as une résistance proportionelle à l'épaisseur qui diminue avec une augmentation de surface en x², non ?

[invité576543]

Est-ce que tu peux préciser dans quelles types de conditions tu as pu observer cela ? Je dois bien avouer que en ce qui concerne les essaye que j'ai pu faire, je n'ai constater le vidage de la petite dans la grande que dans des conditions où les propriétés élastiques des 2 ballons étaient manifestement différentes ou bien lorsque les volumes initiaux était très différents.

Faudrait des photos. Disons que si la taille des ballons est 1 à la limite estimée de l'éclatement, j'ai pris des tailles de 0.5 et 0.6. Au début on a l'impression qu'il ne se passe rien, puis on constate une petite augmentation de taille du gros. Avec le temps ça continue lentement, puis ça semble trouver un équilibre, vers 0.4/0.7 peut-être. (Pas mesuré exactement).

Je ne l'ai faite qu'une fois à cette différence-là...

Cordialement,

[invité576543]

Qu'appeles-tu point dur ?
pour un souffle égal, tu as une résistance proportionelle à l'épaisseur qui diminue avec une augmentation de surface en x², non ?

Le cas le plus clair du point dur est avec des ballons très long par rapport au diamètre. Genre ceux qu'on utilise pour faire des figures en nouant le ballon gonflé. La pression pour les démarrer est souvent à la limite de ce que mes sinus apprécient... Mais une fois passé, c'est facile.

C'est clairement lié à une déformation plastique: une fois passé le point dur, le ballon ne revient plus jamais à sa forme d'origine quand dégonflé...

Cordialement,

[DonPanic]

Le cas le plus clair du point dur est avec des ballons très long par rapport au diamètre. Genre ceux qu'on utilise pour faire des figures en nouant le ballon gonflé. La pression pour les démarrer est souvent à la limite de ce que mes sinus apprécient... Mais une fois passé, c'est facile.

Il me semble que le "point dur", c'est précisément le rapport épaisseur=inv variation de surface en x²
quelle que soit la forme du ballon,
et qu'un élastique "linéaire" a son épaisseur qui varie linéairement avec la tension exercée dessus

le ballon ne revient plus jamais à sa forme d'origine quand dégonflé...

On est bien d'accord là dessus

[zoup1]

Faudrait des photos. Disons que si la taille des ballons est 1 à la limite estimée de l'éclatement, j'ai pris des tailles de 0.5 et 0.6. Au début on a l'impression qu'il ne se passe rien, puis on constate une petite augmentation de taille du gros. Avec le temps ça continue lentement, puis ça semble trouver un équilibre, vers 0.4/0.7 peut-être. (Pas mesuré exactement).

Je ne l'ai faite qu'une fois à cette différence-là...

Cordialement,

Mouais... mais es tu sur qu'il s'agisse vraiment d'un effet de l'élasticité ? Personnellement j'ai toujours un problème avec cette histoire de dynamique "lente"... je ne sais pas très bien quelle est le diamètre de la liaison que tu utilises entre les 2 ballons, mais pour ma part j'ai un diamètre de 2cm en gros. Cela veut dire que les temps d'équilibrage de la pression de part et d'autre de la liaison est très court. De la même façon, les temps d'équilibrage de la forme du ballon avec la pression sont aussi à priori très courts si il ne mettent en jeu que de l'élasticité linéaire. Dès lors qu'on a une dynamique lente... (à la louche au delà de la seconde -mais je suis quasiment sur d'être très généreux en disant cela) cela signifie qu'il y a une modification lente des propriétés de la membrane de caoutchouc.
J'ai donc bien l'impression que ce qui est sondé ici c'est plutot cela... et peut-être aussi la variation des propriétés mécaniques des ballons.

[invité576543]

quelle que soit la forme du ballon,

J'ai regardé ce matin avec une seule forme (disons deux fois plus long que le diamètre), mais de mémoire il me semble qu'il y a une grosse différence avec les ballons beaucoup plus allongés.

Cordialement,

[zoup1]

Voilà ce que j'ai trouvé de mieux pour l'instant sur les propriétés physique du caoutchouc,...
http://www.balloonhq.com/faq/science.html
j'ai pas encore vraiment regardé dans le détail...

[invité576543]

mais pour ma part j'ai un diamètre de 2cm en gros.

A peu près pareil, tube pour pose électricité...

Cela veut dire que les temps d'équilibrage de la pression de part et d'autre de la liaison est très court. De la même façon, les temps d'équilibrage de la forme du ballon avec la pression sont aussi à priori très courts si il ne mettent en jeu que de l'élasticité linéaire. Dès lors qu'on a une dynamique lente... (à la louche au delà de la seconde -mais je suis quasiment sur d'être très généreux en disant cela) cela signifie qu'il y a une modification lente des propriétés de la membrane de caoutchouc.
J'ai donc bien l'impression que ce qui est sondé ici c'est plutot cela... et peut-être aussi la variation des propriétés mécaniques des ballons.

C'est fort possible, mais alors je n'ai constaté aucun cas "rapide" dans les cas où j'avais un "petit" ballon assez grand... Pour moi ton interprétation met en doute l'explication par élasticité variant régulièrement avec le volume.

Cordialement,

[DonPanic]

Cela veut dire que les temps d'équilibrage de la pression de part et d'autre de la liaison est très court.

J'oserais dire que l'équilibre de pression est quasiment instantané

[zoup1]

D'après ce que je comprend d'une lecture rapide, l'effet de viellissement du caoutchouc s'appelle l'effet Mullins et est relié à la plus grand contrainte appliqué dans l'histoire du matériel. Cette pls grande déformation induit des dommages au matériaux qui


Cela confirme donc plutot le protocole que j'utilise qui consiste à viellir les matériaux en gonflant d'abord les ballons à bloc puis en les dégonflant...


http://www.journals.royalsoc.ac.uk/(...lts,1:102023,1