Ballon gonflé à l'hélium

[ICILabas]

Bonsoir,

Dans un QCM on me demande quand est ce qu'un ballon rempli d'hélium va arrêter de monter dans l'atmosphère. Sans regarder les choix, je me suis dit que le ballon éclaterait au moment où sa pression interne sera plus grande que la pression atmosphérique qui diminue avec la hauteur.

À ma grande surprise, cette réponse ne se trouve pas dans les choix possibles et les autres me paraissent incomplète (mais bon je pense plutôt que c'est moi qui ai du raté un truc)

Voici les choix possibles :

a. La température de l’hélium à l’intérieur du ballon soit égalé à la
température de l’air à l’extérieur du ballon
b. La masse de l’hélium à l’intérieur du ballon soit égal à la masse
de l’air à l’extérieur du ballon
c. Le poids du ballon soit égal à la force du courant d’air vers le
haut
d. La masse volumique de l’hélium à l’intérieur du ballon soit égale
à la masse volumique de l’air à l’extérieur du ballon
e. Rien n’empêche le ballon de continuer sa montée et,
´éventuellement, s'échapper de l’atmosphère
-----

[penthode]

voui , t'as raté un truc !

la réponse est présente , conformément au principe découvert par ARCHIMÈDE , y'a déjà un moment

[ICILabas]

Dans la poussé d'Archimède on dit qu'un corps flotte lorsque sa masse volumique est plus petite que celle du fluide. J'aurais dis alors la réponse d, puisque c'est cela qui se rapproche le plus mais c'est le mot "égale", qui me dérange.

Je ne sais pas si cela change quelque chose

[Gwinver]

Bonsoir.

Pourquoi le ballon éclaterait-il?
On peut imaginer que le ballon soit suffisamment robuste pour résister.
Un ballon de football a une pression intérieure supérieure à la pression extérieure, de même une bouteille de gaz, et fort heureusement ils n'éclatent pas.

[A voir en vidéo sur Futura]

[gts2]

Dans la poussé d'Archimède on dit qu'un corps flotte lorsque sa masse volumique est plus petite que celle du fluide.

Oui mais dans cet exemple il y a deux fluides, l'eau et l'air, alors que dans votre QCM il y a un fluide, l'air.

[penthode]

Dans la poussé d'Archimède on dit qu'un corps flotte lorsque sa masse volumique est plus petite que celle du fluide. J'aurais dis alors la réponse d, puisque c'est cela qui se rapproche le plus mais c'est le mot "égale", qui me dérange.

Je ne sais pas si cela change quelque chose

la question est "s’arrête de monter"

y'a donc une égalité de forces

[stefjm]

S'il y égalité de force, le ballon reste à vitesse constante...

[penthode]

tu oublies les frottements aérodynamiques

non-négligeables avec un ballon !

pan sur le bec !

[stefjm]

Donc force de frottement à inclure dans le bilan

[penthode]

ben pisqu'y monte plus , y'a plus de frottement

et la réponse au QCM est faite

inutile de sodomiser les diptères

bon réveillon

[ICILabas]

Et si on négligait les forces de frottements, cela changerais quelque chose ?

[stefjm]

Forcément oui.
Lorsque la poussée d'Archimède équilibre le poids, la vitesse devient constante. Le ballon monte donc encore au delà de la position d'équilibre.
Et quand le poids l'emporte à nouveau, le ballon redescend, passe la position d'équilibre pour la même raison.
Et ça recommence...

C'est le frottement de l'air qui atténue l'oscillation.

[Black Jack 2]

Bonjour,

Pour info.

Pour ce type de ballon (gonflé à l'hélium), on a des données de la masse de l'enveloppe seule versus le volume du ballon gonflé ...

Par exemple (avec m la masse en g de l'enveloppe seule) et V en m³ le volume du ballon gonflé (au sol)

En voici quelques exemples (disponibles sur ce lien : http://radiosonde.eu/RS09/RS09C02.html )

m = 30 g et V = 0,137 m³
m = 100 g et V = 0,212 m³
m = 500g et V = 2,806 m³
...
m = 3000 g et V = 5,350 m³

Pour un ballon d'enveloppe 30 g :
Avec 22,4 L de volume molaire dans les CNTP, V = 0,137 m³ correspond à n = 6,11 mol de He, soit environ 18 g de gaz

Pas fait les calculs pour les autres ballons ...

Néanmoins, il semble bien que la masse de gaz soit < la masse de l'enveloppe.

... Et que donc, on ne devrait pas pouvoir négliger la masse de l'enveloppe pour déterminer où va s'arrêter le ballon de monter, sauf si il était explicitement indiqué dans l'énoncé (même si c'est "trés" faux) que la masse de l'enveloppe était négligeable devant la masse de gaz dans le ballon.

[jiherve]

bonjour,
si c'est une question purement théorique avec un ballon constitué d'une enveloppe infiniment rigide et dénuée de masse,alors la réponse infiniment simplifiée est bien dans le QCM.
laissons les diptères profiter tranquillement de ce premier jour de l'année!
JR

[Pio2001]

Dans la poussé d'Archimède on dit qu'un corps flotte lorsque sa masse volumique est plus petite que celle du fluide. J'aurais dis alors la réponse d, puisque c'est cela qui se rapproche le plus mais c'est le mot "égale", qui me dérange.

Je ne sais pas si cela change quelque chose

Bonjour ICILabas,
La différence, dans cet exercice, c'est qu'on ne demande pas quand le ballon flotte, mais quand il s'arrête de monter. C'est-à-dire quand il navigue entre deux eaux, sans flotter ni couler.