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Combien de gouttes d'eau peuvent tenir sur une pièce de monnaie?

Classe
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Format
Sujets

Explorez la tension superficielle de l’eau dans ce défi et activité pratique.

Vous Avez Besoin

  • Une pièce de monnaie
  • Eau
  • Compte-gouttes (pour les yeux)

Mesures à prendre

  1. À l’aide du compte-gouttes, déposez avec soin autant de gouttes d’eau que possible sur la pièce de monnaie.
  2. Consignez le nombre de gouttes pouvant tenir sur la pièce de monnaie avant que l’eau déborde.
  3. Lorsque l’eau s’écoule hors de la pièce de monnaie, recommencez!
  4. Observez et décrivez la forme prise par l’eau à mesure que vous ajoutez des gouttes, jusqu’au moment où l’eau déborde.
  5. Répétez au moins trois fois, puis calculez le nombre moyen de gouttes déposées.

Qu’est-ce qui se passe?

La surface de l’eau forme une courbe, car la couche supérieure de l’eau agit comme une peau invisible, empêchant l’eau de s’écouler hors de la surface de la pièce de monnaie. Cet effet « peau » est causé par la tension superficielle. Les molécules d’eau ont un pôle négatif et un pôle positif. Par conséquent, elles sont attirées les unes vers les autres et elles tendent à se « coller ensemble ». Cette force d’attraction est connue sous le nom de cohésion. La force d’attraction entre molécules de natures différentes est appelée adhésion (par exemple, l’eau colle à la pièce de monnaie par adhésion).

Les molécules contenues dans un liquide sont attirées de même manière par toutes les autres molécules voisines, de sorte que la force résultante exercée sur une molécule est de zéro. Les molécules à la surface du liquide ont comme voisines des molécules identiques sur un côté (eau), mais différentes de l’autre côté (air). Les forces de cohésion entre les molécules d’eau sont beaucoup plus importantes que les forces d’adhésion entre les molécules d’eau et d’air. Il en résulte une force nette à la surface vers le centre du liquide. Soumis à cette force, le liquide prend une forme qui couvre la plus petite surface possible : celle d’une sphère. La surface de l’eau sur la pièce de monnaie devient donc courbée. La gravité aura éventuellement le dessus sur les forces de cohésion et l’eau s’écoulera à l’extrémité de la pièce de monnaie.

Qu’est-ce qui se passe?

La surface de l’eau forme une courbe, car la couche supérieure de l’eau agit comme une peau invisible, empêchant l’eau de s’écouler hors de la surface de la pièce de monnaie. Cet effet « peau » est causé par la tension superficielle. Les molécules d’eau ont un pôle négatif et un pôle positif. Par conséquent, elles sont attirées les unes vers les autres et elles tendent à se « coller ensemble ». Cette force d’attraction est connue sous le nom de cohésion. La force d’attraction entre molécules de natures différentes est appelée adhésion (par exemple, l’eau colle à la pièce de monnaie par adhésion).

Les molécules contenues dans un liquide sont attirées de même manière par toutes les autres molécules voisines, de sorte que la force résultante exercée sur une molécule est de zéro. Les molécules à la surface du liquide ont comme voisines des molécules identiques sur un côté (eau), mais différentes de l’autre côté (air). Les forces de cohésion entre les molécules d’eau sont beaucoup plus importantes que les forces d’adhésion entre les molécules d’eau et d’air. Il en résulte une force nette à la surface vers le centre du liquide. Soumis à cette force, le liquide prend une forme qui couvre la plus petite surface possible : celle d’une sphère. La surface de l’eau sur la pièce de monnaie devient donc courbée. La gravité aura éventuellement le dessus sur les forces de cohésion et l’eau s’écoulera à l’extrémité de la pièce de monnaie.

Pourquoi est-ce important?

Les savons et les détergents font obstacle aux forces de cohésion entre les molécules d’eau, réduisant la tension superficielle globale lorsqu’elles sont mélangées à l’eau. La pollution de l’eau par les détergents et les produits nettoyants peut avoir des répercussions importantes sur la survie des animaux, des insectes et des plantes qui ont besoin de la tension superficielle. Par exemple, les plantes absorbent l’eau en tirant parti de la tension superficielle de celle-ci. Certains insectes, comme l’araignée d’eau, ont recours à la tension superficielle pour se déplacer.

Pourquoi est-ce important?

Les savons et les détergents font obstacle aux forces de cohésion entre les molécules d’eau, réduisant la tension superficielle globale lorsqu’elles sont mélangées à l’eau. La pollution de l’eau par les détergents et les produits nettoyants peut avoir des répercussions importantes sur la survie des animaux, des insectes et des plantes qui ont besoin de la tension superficielle. Par exemple, les plantes absorbent l’eau en tirant parti de la tension superficielle de celle-ci. Certains insectes, comme l’araignée d’eau, ont recours à la tension superficielle pour se déplacer.

Aller plus loin

  • Essayez de mettre une aiguille ou un trombone sur l’eau pour voir si la tension superficielle tiendra le coup. Pouvez-vous les faire tenir sur la surface?
  • Étudiez l’effet du détergent sur la tension superficielle. Dans un plat d’eau peu profond, parsemez un peu de poivre. Est-ce qu’il reste à surface? Ajoutez une goutte de savon à vaisselle au centre du plat. Qu’est-ce qui se passe? Pouvez-vous expliquer pourquoi?
  • Comparez les forces de cohésion de différents liquides avec l’eau (p. ex. le vinaigre, l’alcool à friction, le lait, le jus). Plus le nombre de gouttes sur la pièce de monnaie est grand, plus la force de cohésion entre les molécules est élevée. Classez les liquides selon la force de cohésion, de la plus grande à la plus petite.

Pour plus d’informations sur ce sujet, consultez ces ressources de Parlons sciences :

Aller plus loin

  • Essayez de mettre une aiguille ou un trombone sur l’eau pour voir si la tension superficielle tiendra le coup. Pouvez-vous les faire tenir sur la surface?
  • Étudiez l’effet du détergent sur la tension superficielle. Dans un plat d’eau peu profond, parsemez un peu de poivre. Est-ce qu’il reste à surface? Ajoutez une goutte de savon à vaisselle au centre du plat. Qu’est-ce qui se passe? Pouvez-vous expliquer pourquoi?
  • Comparez les forces de cohésion de différents liquides avec l’eau (p. ex. le vinaigre, l’alcool à friction, le lait, le jus). Plus le nombre de gouttes sur la pièce de monnaie est grand, plus la force de cohésion entre les molécules est élevée. Classez les liquides selon la force de cohésion, de la plus grande à la plus petite.

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