Bulle d'air dans un verre, centre de gravité et quantité de mouvement

[invite1a7c9b9d]

Bonsoir,

Je souhaite comprendre les forces qui s'exercent lorsqu'une bulle d'air remonte dans un verre d'eau lorsque le verre est en chute libre (le verre tombe, il n'est pas posé sur une table). J'ai quelques questions:

1/ lorsqu'une bulle d'air remonte dans un verre d'eau, est ce que le centre de gravité du verre+eau bouge (bien entendu il bouge du fait qu'il est en chute libre mais est ce que la bulle d'air modifie la vitesse de descente) ?
2/ si je lâche 2 verres identiques avec la même quantité d'eau, mais l'un avec une bulle d'air et l'autre sans bulle, est ce que la vitesse est la même tout au long de la chute ? si non, comment diffère t-elle ?
3/ si le centre de gravité bouge (vitesse différente du verre sans bulle d'air), est ce que la viscosité de l'eau entre en équation ?
4/ lorsque la bulle d'air grossit en remontant, est ce qu'il y a une accélération du fait que l'eau monte de plus en plus ?

Merci par avance
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[sitalgo]

B'jour,

Si le verre est en chute libre, la bulle ne remonte pas.
Mais on peut prendre l'hypothèse d'un verre soumit à la gravité mais avec une force constante qui ralentit sa chute.

1 - Si la bulle se déplace, le centre de masse de l'eau aussi.
2 - La vitesse est la même si la bulle ne se déplace pas.
3 - Si la bulle se déplace, la viscosité du liquide intervient.
4 - Quand la bulle monte, l'eau descend. Le centre de masse de l'eau descend de plus en plus vite si la bulle grossit. L'accélération est modifiée.

[invite1a7c9b9d]

Bonjour,

Merci, oui c'est mieux si on peut considérer la vitesse constante. J'ai des compléments aux questions:

2/ Je voulais comparer un verre avec une bulle et un verre sans bulle
3/ Comment ? En quoi la viscosité intervient ? Un liquide très visqueux, un autre presque pas, elle sera où la différence ?


A+

[sitalgo]

C'est la force qui est constante, pas la vitesse, pour que l'accélération résultante soit inférieure à g.

2 - Le point de référence de l'accélération se calcule par rapport au centre de masse. Le centre de masse de l'eau se déplace vers le bas, donc l'ensemble verre + eau ralentit tant que la bulle monte.
3 - Une bulle remonte plus vite dans l'eau que dans l'huile.

[A voir en vidéo sur Futura]

[invitecaafce96]

Si le verre est en chute libre, la bulle ne remonte pas.

Bonjour,

Zut, je ne vois pas pourquoi ....Pourquoi la poussée d'Archimède aurait elle disparu ???

[obi76]

Bonjour,

Zut, je ne vois pas pourquoi ....Pourquoi la poussée d'Archimède aurait elle disparu ???

Parce qu'il n'y aura plus de gradient de pression (proportionnel à g, qui est nul dans le cas d'une chute libre).

On peut même faire plus simple : en l'absence de gravité, dans quelle direction la poussée d'Archimède devrait s'appliquer ? Par symétrie, aucune, donc il n'y en a pas

[invite1a7c9b9d]

Le centre de masse de l'eau se déplace vers le bas, donc l'ensemble verre + eau ralentit tant que la bulle monte.

cela signifirait qu'on peut ralentir un objet à l'aide de bulles qui remonte, c'est possible ?

[obi76]

cela signifirait qu'on peut ralentir un objet à l'aide de bulles qui remonte, c'est possible ?

Excellente question... il suffit de voir comment un efferalgan s'agite dans l'eau (il oscille de bas en haut, donc les bulles l'entrainent bien)

Après effectivement il peut y avoir une autre raison pour laquelle il oscille mais bon, on aurait de quoi en discuter pendant des heures pour en arriver à la même conclusion : ce sont les bulles qui l’entraînent.

Et pour finir, en moyenne la densité du fluide diminue s'il y a beaucoup de bulles, donc la poussée d'Archimède diminue, donc ça a tendance à le faire couler.

En bref, pour répondre à cette question, il faut bien distinguer les phénomènes dynamiques (entraînement du liquide par les bulles) des phénomènes statiques (baisse de la masse volumique moyenne).

[invite6dffde4c]

cela signifirait qu'on peut ralentir un objet à l'aide de bulles qui remonte, c'est possible ?

Bonjour.
Non.
Si la colonne d'eau est statique (pas de courant ascendant), la densité moyenne de l'eau est plus faible à causse des bulles et la poussée d'Archimède (qui ralentit l'objet) est aussi plus faible: l'objet tombe plus vite.
Si l'eau est entrainée vers le haut par les bulles, la vitesse de chute sera plus grande que dans le cas précédent, mais je ne pense pas qu'elle sera plus faible que sans bulles et sans courant ascendant.

Mon "pif" me dit qu'avec courant ascendant, la vitesse sera la même que sans bulles et sans courant. Mais c'est uniquement du "pif".
Au revoir.

[invite1a7c9b9d]

lol

l'inverse est vrai/faux ? si on force une bulle à descendre (si on est sur le verre) cela accélère le verre+eau ?

[obi76]

Bonjour,

LPFR, pour une fois je suis en désaccord. Ne pas oublier la tension de surface des bulles qui tendront à entraîner un solide en contact lorsqu’elles remontent. En fait, cette tension de surface transférera une partie de la poussée d'Archimède appliquée aux bulles à l'objet qui se trouve en contact au dessus.

[Amanuensis]

cela signifirait qu'on peut ralentir un objet à l'aide de bulles qui remonte, c'est possible ?

Ce serait peut-être utile de décrire plus en détail le cas envisagé. Sinon cela laisse l'imagination libre, et les réponses pourraient s'appliquer à des cas différents sans que ce soit explicité.

[invite1a7c9b9d]

Ce serait peut-être utile de décrire plus en détail le cas envisagé. Sinon cela laisse l'imagination libre, et les réponses pourraient s'appliquer à des cas différents sans que ce soit explicité

Eh bien, faire une bulle (ou un objet qui contient de l'air) c'est facile à faire, la placer au fond aussi (sans avoir à plonger la bulle au fond). On prend un objet rempli d'air d'une section identique à la section du verre, on le place sous le verre, on supprime la paroi du fond et avec peu d'eau et une nouvelle paroi tout autour l'objet qui contient de l'air il se retrouve au fond. Et on peut recommencer le cycle autant de fois qu'on veut, on peut se demander s'il est possible de ralentir le verre de cette manière.

[invite6dffde4c]

Bonjour,

LPFR, pour une fois je suis en désaccord. Ne pas oublier la tension de surface des bulles qui tendront à entraîner un solide en contact lorsqu’elles remontent. En fait, cette tension de surface transférera une partie de la poussée d'Archimède appliquée aux bulles à l'objet qui se trouve en contact au dessus.

Re.
Je suis d'accord avec vous pour les petites "saletés" auxquelles s'accrochent les bulles. Et qui peuvent même servir des lieux de formation des bulles dans une boisson gazeuse.
Mais je n'ai pas envisagé ce cas. Je parle des objets macroscopiques pour lesquels la poussée d'Archimède des bulles accrochées est négligeable.
Cordialement,

[sitalgo]

cela signifirait qu'on peut ralentir un objet à l'aide de bulles qui remonte, c'est possible ?

Non puisque quand on remet une bulle en bas, le centre de masse de l'eau remonte (on revient au point de départ de la première bulle) en donc accélère le verre.
S'il y a beaucoup de bulles, les effets de chacune s'annulent.

[sitalgo]

Il faut voir le cycle complet :
1- pas de bulle, centre de masse de l'eau niveau 1
2 - apparaît une bulle, par magie. Normalement ça demande de l'énergie., le cdm monte au niveau 2.
3 - la bulle monte, le cdm eau descend au niveau 3 ( avec 1<3<2).
4 - la bulle sort de l'eau, le cdm revient au niveau 1.
Sur un cycle, il y a des variations d'accélération mais en fin de cycle la vitesse moyenne est la même.

Les forces internes n'ont d'effet que sur la position relative verre/eau/bulle par rapport au cdm total, qui lui est imperturbable.

[invite1a7c9b9d]

à l'étape 2, pour avoir une bulle au fond d'un verre, il y a deux solutions:

a/ je prends une bulle en haut et je la fais descendre dans l'eau
b/ je prends une bulle, je la mets en bas du verre (en ne passant pas dans l'eau), je modifie les parois pour envelopper la bulle, il n'y a qu'un film d'eau qui descend. Certes cela exige une paroi complexe, disons plutôt théorique mais il n'est pas nécessaire de descendre une bulle d'air dans l'eau pour l'avoir au fond d'un verre il me semble

[sitalgo]

Ça ne change rien au problème, j'ai supposé une création de bulle sans consommation d'énergie. Peu importe le moyen (par ailleurs inexistant sinon on aurait déjà l'énergie gratuite).

[invite1a7c9b9d]

comment le cdm peut monter au niveau 2 si la bulle vient du bas (pas de descente dans l'eau) ?

[sitalgo]

Si une bulle apparaît en bas, le niveau de l'eau monte donc le cdm de l'eau

[invite1a7c9b9d]

pour avoir une bulle en bas du verre, j'ai oublié le cas de la pompe qui injecte de l'air, et dans ce cas oui le cdm monte d'accord, par contre il est possible de modifier la paroi du bas du verre (de la forme plate on passe à une forme en U) pour prendre une bulle d'air, et dans ce cas le cdm ne monte pas, il n'y a que le film d'eau qui entoure la bulle qui descend

[sitalgo]

Un bon schéma vaut mieux qu'un long fleuve tranquille.

[invite1a7c9b9d]

Voici un dessin avec en position 1 le verre séparé de l'objet "bulle" et en position 2 l'objet qui est bien dans l'eau et bien entendu un fin film d'eau autour de l'objet bulle a descendu, j'ai simplement modifié les parois, l'eau ne bouge quasiment pas, ce n'est pas correct de faire comme cela ?

[invite1a7c9b9d]

@OBI76:

il suffit de voir comment un efferalgan s'agite dans l'eau (il oscille de bas en haut, donc les bulles l'entrainent bien)

J'ai fait la manip de mesurer le poids d'un verre d'eau avec une balance précise à 0.01g près, ce qui est étrange c'est que le poids diminue en mettant un efferalgan dedans, j'ai fait plusieurs fois le test avec des boites totalement hermétiques (on entend pshciiiit à l'ouverture à la fin). Vous avez une explication ? La variation est de 0.2g ce qui est beaucoup comparé à la précision de la balance. Si je relâche le gaz le poids est encore plus faible environ 0.1g.

[invite6dffde4c]

Re
On va me croire parano.
Car je vois venir un projet de mobile perpétuel.
A+

[obi76]

@OBI76:



J'ai fait la manip de mesurer le poids d'un verre d'eau avec une balance précise à 0.01g près, ce qui est étrange c'est que le poids diminue en mettant un efferalgan dedans, j'ai fait plusieurs fois le test avec des boites totalement hermétiques (on entend pshciiiit à l'ouverture à la fin). Vous avez une explication ? La variation est de 0.2g ce qui est beaucoup comparé à la précision de la balance. Si je relâche le gaz le poids est encore plus faible environ 0.1g.

Si vous faites la manip dans un récipient hermétiquement fermé, ça ne doit pas bouger d'un yota.

[sitalgo]

Voici un dessin avec en position 1 le verre séparé de l'objet "bulle" et en position 2 l'objet qui est bien dans l'eau et bien entendu un fin film d'eau autour de l'objet bulle a descendu, j'ai simplement modifié les parois, l'eau ne bouge quasiment pas, ce n'est pas correct de faire comme cela ?

Relis mon message 18 : même sans consommation d'énergie à la fin du cycle on n'a rien gagné ni perdu. On a seulement une variation de la position du verre et de l'eau par rapport au cdm total pendant le cycle.
Ton système ne change rien au principe.

[invite1a7c9b9d]

@Sitalgo: ok

@OBI76: ma balance donne -0.2g si je passe en overflow, mais après plusieurs manip (j'enlève la bouteille maintenant pour la fermer) même avec le bouchon en bas, il y a -0.06g au bout de 2'40 (enfin -0.03g par cachet ensuite -0.06g si 2 cachets). J'ai essayé avec différents contenants et types de bouchon. Le pire c'est que le poids ne remonte pas même lorsqu'il n'y a plus de bulle. J'ai essayé de compresser la bouteille pour voir si cela changait (fuite) mais pareil, toujours -0.06g. Si la bouteille se mettait à fuir, l'eau serait toujours sur la balance. J'ai aussi essayé de mesurer le poids avec les mêmes éléments pour voir si la balance donnait bien le même résultat à chaque fois et à 0.01g près pas de pb. Bon, ce doit être une erreur de manip. Oubliez ça.

[obi76]

Ca doit être une erreur de manip, oui... parce que même la poussée d'Archimède dans l'air ne doit pas changer si la bouteille ne gonfle pas.

[invite1a7c9b9d]

ben, elle gonfle un peu quand même, j'ai essayé dans un petit volume pour le gaz faut voir la pression ! limite dangereux pour les yeux avec 3 cachets et biz ça donne -0.09 avec 3