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Les fluides

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Chemistry

Découvrez les propriétés des fluides.

Cet atelier consiste à réaliser diverses expériences pour explorer la viscosité et la densité de différents fluides.

Ce dont tu as besoin

Tour de la densité

  • Petite tasse ou bouteille transparente
  • Eau
  • Sirop de maïs
  • Huile 
  • Savon à vaisselle

Fécule de maïs et eau

  • Fécule de maïs (1/2 tasse par élève)
  • Bol
  • Eau
  • Bâton à café ou cuillère

Course de viscosité

  • Différents types de liquides (huile, eau, sirop de maïs, savon à vaisselle) 
  • Planche en mousse, 11" x 6" ou une plaque à pâtisserie
  • Nappe pour récupérer les gouttes (ou essuie-tout)

Lait et colorant alimentaire

  • Lait, 40-50ml (homogénéisé de préférence)
  • Bol
  • Savon à vaisselle
  • Coton-tige 
  • Colorant alimentaire

Guide:

Présentation:

 

Notes de sécurité

Assurez-vous de connaître les précautions prises par Parlons sciences en ce qui concerne la sécurité de la prestation d’activités virtuelles auprès des jeunes.

Marche à suivre

Introduction

Utilisez la présentation pour discuter des sujets suivants :

  • La théorie des particules de la matière.
  • La densité (masse/volume).
    • Si vous avez trois boules de même volume, faites respectivement d'aluminium, de bois et de liège, laquelle est la plus dense ?
  • Les propriétés des solides, des liquides et des gaz.

Tour de la densité

  • Distribuez à chaque élève des récipients d'eau, de sirop de maïs, d'huile de cuisson et de savon à vaisselle, ainsi qu'un gobelet transparent.
  • Dites aux élèves de prédire quel liquide sera le plus dense. Ils verseront lentement ce liquide dans la tasse en premier.
  • Demandez aux élèves de continuer à verser le reste des liquides dans la tasse.
  • Demandez aux élèves de partager leurs observations avec le groupe. Ont-ils prédit correctement quel liquide serait le plus et le moins dense ?

Fécule de maïs et eau

  • Remettez à chaque élève un bol contenant 1/2 tasse de fécule de maïs et un bâtonnet.
  • Demandez aux élèves d'ajouter lentement de l'eau à la fécule de maïs, un peu à la fois.
  • Laissez les élèves explorer le mélange. Lorsqu'on ajoute de la pression, le mélange doit se comporter comme un solide. En l'absence de pression, il devrait s'écouler comme un liquide (fluide non newtonien). 

Course sur la viscosité

  • Discutez de la viscosité (la rapidité ou la lenteur avec laquelle un fluide s'écoule).
  • Distribuez à chaque élève des récipients contenant de l'eau, du sirop de maïs, de l'huile de cuisson et du savon à vaisselle, ainsi qu'un morceau de carton mousse ou une plaque de cuisson.
  • Demandez aux élèves de prédire quel fluide/ liquide sera le plus visqueux.
  • Demandez aux élèves de tenir leur plaque de mousse ou leur feuille de cuisson à un angle et d'ajouter un peu de chaque liquide sur le dessus de la feuille. La course est lancée !
  • Demandez aux élèves de partager leurs observations. Quel liquide était le plus visqueux ? Le moins visqueux ? 

Lait et colorant alimentaire

  • Distribuez à chaque élève un bol de lait, du colorant alimentaire, du savon à vaisselle et un coton-tige.
  • Les élèves peuvent ajouter quelques gouttes de colorant alimentaire dans leur bol de lait.
  • Demandez aux élèves de tremper le coton-tige dans le savon à vaisselle, puis dans leur bol de lait.
  • Demandez aux élèves de partager leurs observations. Que s'est-il passé ?

Découverte

La théorie des particules de la matière stipule que, 

  • Toute la matière est constituée de minuscules particules.
  • Toutes les particules sont en mouvement constant.
  • Dans les solides et les liquides, les particules sont proches les unes des autres, tandis que dans les gaz, elles sont plus éloignées les unes des autres, avec de grands espaces entre elles.
  • La température affecte la vitesse des particules.
  • Toutes les particules d'une même substance sont identiques.
  • Les particules s'attirent mutuellement.

La densité est une propriété physique d'un fluide. C'est la mesure du rapport masse/volume. Si vous avez deux liquides de même volume, le plus lourd sera le plus dense. Par exemple, le sirop de maïs est plus dense que l'huile de cuisson. 

La viscosité est une autre propriété physique d'un fluide. Elle décrit la vitesse ou la lenteur d'écoulement d'un liquide. La vitesse d'écoulement d'un liquide est liée au cisaillement ou à la force de friction des molécules/particules du liquide qui se déplacent les unes par rapport aux autres. Certains liquides ont des forces plus fortes qui maintiennent les particules/molécules ensemble, appelées forces intramoléculaires, qui affectent la viscosité. Plus il est difficile pour un liquide de se déplacer, plus le liquide est visqueux et plus la friction interne du liquide est importante. Par exemple, le sirop de maïs est plus visqueux que l'huile de cuisson.

Les fluides non newtoniens ne se comportent pas comme un seul état de la matière. Dans le cas du mélange de fécule de maïs et d'eau, les particules de fécule de maïs sont seulement en suspension dans l'eau, et non dissoutes. Lorsqu'une force est appliquée au mélange, les particules d'amidon de maïs sont écrasées ensemble et se comportent comme un solide. Lorsqu'il n'y a pas de force, le mélange s'écoule comme un fluide.

Lait et colorant alimentaire

Dans cette expérience, les fluides se repoussent mutuellement. L'extrémité négative des molécules de savon s'aligne sur l'extrémité positive des molécules d'eau dans le lait, ce qui provoque la diffusion du colorant alimentaire. La charge négative des molécules de savon est également attirée par la partie positive des protéines du lait et la partie non chargée des molécules de savon s'aligne sur la graisse non chargée du lait, ce qui provoque toutes sortes de tourbillons.

Les propriétés des fluides, comme la viscosité et la densité, sont utilisées dans de nombreux aspects de la vie quotidienne, comme la cuisson, l'hydraulique, le choix de l'huile de voiture à utiliser dans les climats froids, etc. 

Les systèmes hydrauliques utilisent la grande quantité d'énergie générée par la pression exercée sur une petite quantité de fluide pour déplacer des objets lourds. Les freins des voitures, les ascenseurs pour fauteuils roulants et certains manèges de foire utilisent des suspensions hydrauliques. Notre système circulatoire est un autre exemple de système hydraulique : notre cœur fournit la pompe hydraulique qui permet au sang de circuler dans notre corps.

Explorez la densité et la viscosité d'autres fluides trouvés dans votre maison ! Lequel est le plus dense : le ketchup, le miel ou la moutarde ?

Que se passe-t-il ?

La théorie des particules de la matière stipule que, 

  • Toute la matière est constituée de minuscules particules.
  • Toutes les particules sont en mouvement constant.
  • Dans les solides et les liquides, les particules sont proches les unes des autres, tandis que dans les gaz, elles sont plus éloignées les unes des autres, avec de grands espaces entre elles.
  • La température affecte la vitesse des particules.
  • Toutes les particules d'une même substance sont identiques.
  • Les particules s'attirent mutuellement.

La densité est une propriété physique d'un fluide. C'est la mesure du rapport masse/volume. Si vous avez deux liquides de même volume, le plus lourd sera le plus dense. Par exemple, le sirop de maïs est plus dense que l'huile de cuisson. 

La viscosité est une autre propriété physique d'un fluide. Elle décrit la vitesse ou la lenteur d'écoulement d'un liquide. La vitesse d'écoulement d'un liquide est liée au cisaillement ou à la force de friction des molécules/particules du liquide qui se déplacent les unes par rapport aux autres. Certains liquides ont des forces plus fortes qui maintiennent les particules/molécules ensemble, appelées forces intramoléculaires, qui affectent la viscosité. Plus il est difficile pour un liquide de se déplacer, plus le liquide est visqueux et plus la friction interne du liquide est importante. Par exemple, le sirop de maïs est plus visqueux que l'huile de cuisson.

Les fluides non newtoniens ne se comportent pas comme un seul état de la matière. Dans le cas du mélange de fécule de maïs et d'eau, les particules de fécule de maïs sont seulement en suspension dans l'eau, et non dissoutes. Lorsqu'une force est appliquée au mélange, les particules d'amidon de maïs sont écrasées ensemble et se comportent comme un solide. Lorsqu'il n'y a pas de force, le mélange s'écoule comme un fluide.

Lait et colorant alimentaire

Dans cette expérience, les fluides se repoussent mutuellement. L'extrémité négative des molécules de savon s'aligne sur l'extrémité positive des molécules d'eau dans le lait, ce qui provoque la diffusion du colorant alimentaire. La charge négative des molécules de savon est également attirée par la partie positive des protéines du lait et la partie non chargée des molécules de savon s'aligne sur la graisse non chargée du lait, ce qui provoque toutes sortes de tourbillons.

Pourquoi est-ce important ?

Les propriétés des fluides, comme la viscosité et la densité, sont utilisées dans de nombreux aspects de la vie quotidienne, comme la cuisson, l'hydraulique, le choix de l'huile de voiture à utiliser dans les climats froids, etc. 

Les systèmes hydrauliques utilisent la grande quantité d'énergie générée par la pression exercée sur une petite quantité de fluide pour déplacer des objets lourds. Les freins des voitures, les ascenseurs pour fauteuils roulants et certains manèges de foire utilisent des suspensions hydrauliques. Notre système circulatoire est un autre exemple de système hydraulique : notre cœur fournit la pompe hydraulique qui permet au sang de circuler dans notre corps.

Approfondir les recherches

Explorez la densité et la viscosité d'autres fluides trouvés dans votre maison ! Lequel est le plus dense : le ketchup, le miel ou la moutarde ?

Ressources

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