Précisions sur Archimède et les ballons à air chaud.

[Teknic]

Bonjour à tous,

j' aime bien bricoler des trucs divers et variés, ces derniers jours j'ai réfléchi au principe du ballon à air chaud, dans l'optique éventuelle de fabriquer un petit objet volant indoor.

Il y a cependant une subtilité que je ne suis pas certain d'avoir saisi.

Imaginons un sachet léger, éventuellement en papier d'alu ou assimilé. Ce sachet est hermétique et rempli d'air, au passage vous remarquerez le choix du papier d'alu qui conduit justement bien la chaleur. Ce sachet pourrait être chauffé par une bougie, voire sur une gazinière.

Ce sachet est en forme de sphère et a pour volume 1 litre, il n'est pas élastique, il contient 1 litre d'air à pression ambiante.

Ma question: D'après le principe d'archimède quand l'air à l'intérieur du sachet est chauffé, est-il nécessaire que le volume du sachet augmente pour que celui-ci s'envole?

Mon intuition me pousse à croire qu'augmenter la pression sans augmenter le volume ne fera pas s'envoler mon objet. Ai-je raison ou tort?

Merci de vos réponses.
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[invite07941352]

Bonjour,
Les montgolfières ( air chaud ) n'ont pas une enveloppe extensible et elles sont ouvertes sur le bas .
Cela fonctionne par différence de masse volumique .
Maintenant faire un ballon d'un litre d'air chaud va vous demander une enveloppe super légère dont je vous laisse calculer la masse .

[calculair]

oui tu as raison

si la masse du ballon reste constante, il ne pourra voler. Il faut qu'il devienne plus léger que l'air ambiant

1 l d'air pèse 1,2 g, si ton ballon fait 1 litre, son poids doit être inférieur à 1,2 g pour voler.....

[LPFR]

Bonjour.
Ce qui fait s’envoler le ballon est que la densité de l’air chaud est plus faible que celle de l’air froid pour une même pression.
Donc, le poids de l’air chaud dans le ballon et plus faible que le poids de l’air qu’il déplace.

Ceci dit, la manip indoors est difficilement réalisable car avec des petits volumes, la marge de « flottabilité » qui reste est très faible et le poids du ballon lui-même et du dispositif pour le maintenir ouvert risquent d’être trop importants.
Vous pouvez faire un essai avec un grand sac poubelle (100 ou 120 L) et un sèche cheveux.
Prenez le sac le moins cher possible pour avoir une épaisseur de plastique et un poids le plus faible possible.
Évitez d’utiliser des feux ou des objets enflammés pour chauffer l’air. Indoor vous pouvez initier un feu chez vous. Et dehors vous pouvez créer un feu chez les voisins ou dans un champ. Plusieurs feux de foret ont été crées de cette façon.
Au revoir.

[A voir en vidéo sur Futura]

[Teknic]

Merci à tous.

Ok donc si je vous comprends bien, un ballon extensible mais hermétique ne s'envolera pas car sa masse restera la même. D'où l'obligation que le ballon soit ouvert.

Catmandou, je ne ferai pas le calcul de la masse de l'enveloppe pour le moment, 1 litre étant une valeur complètement arbitraire.

J'aimerai pousser la compréhension un peu plus loin:

1 - Cela est complètement théorique (rassurez vous je ne souhaite pas réaliser cela à la maison ) mais si on chauffe l'air à des températures extrêmes, disons 1000 degrés C, alors nous sommes bien d'accord que le ballon pourra soulever une masse beaucoup plus importante?

2- Indépendamment de cette précédente proposition, imaginons que par un système on puisse chauffer l'air à l'intérieur du ballon tout en refroidissant l'air autour du ballon, alors le ballon pourra lever une masse légèrement plus importante?

[invite07941352]

Re,
Non, c'est pas tout à fait cela :
Un ballon fermé , chauffé , extensible , ayant augmenté de volume pourrait s'envoler , si sa nouvelle masse volumique est plus faible que celle de l'air ambiant .

[Teknic]

D'accord Catmandou.
C'est donc que si on chauffe un ballon hermétique et non extensible alors sa pression interne augmente mais la masse volumique ne varie pas. Pour faire varier la masse volumique d'un ballon hermétique il faut que celui-ci soit extensible afin que sa pression interne n'augmente pas.

Ai-je bon cette fois?

N'hésitez pas à me donner votre avis sur les deux autres points aussi.

[invite07941352]

Re,
Oui .
Pour Q1 : ballon fermé , vous chauffez , plus vous chauffez plus il extensible et augmente de volume : plus vous gagnez sur la charge possible ....
Pour Q2 : ballon fermé , la chauffe n'est intéressante que s'il est extensible . Dans de l'air plus dense , oui, vous gagnez ...un peu .
Pour gagner beaucoup , mettez le ... dans l'eau !

[Teknic]

Ok, merci, tout est clair.

Bonne fin de dimanche.