Comment fabriquer un canon à air?
Quels sont les liens avec mon programme d'études?
Construisez un canon à vortex et découvrez comment les fluides (liquides et gaz) peuvent se déplacer de manière unique en raison de leurs propriétés physiques.
Vous Avez Besoin
- Grande poubelle de plastique avec un trou découpé au fond (voir l’image)
- Pellicule de plastique – assez grande pour couvrir l’ouverture (le dessus) de la poubelle (un sac à ordures peut faire l’affaire)
- Sangles élastiques assez longues pour sceller FERMEMENT l’ouverture de la poubelle avec la pellicule plastique
- Machine à fumée avec liquide fumigène – facultatif (facile à trouver en octobre)
- Verres de plastique
Précautions à prendre!
Ne pas viser le canon vers le visage de quelqu’un. Si une machine à fumée est utilisée, assurez-vous de respecter les mesures de sécurité incluses avec l’appareil.
Mesures à prendre
Première partie : canon à air
- Étirez la pellicule de plastique au-dessus de la grande ouverture de la poubelle, et fixez-la en place à l’aide des sangles élastiques.
- Disposez les verres de plastique en pyramide sur une table.
- Tenez la poubelle de façon à ce que le trou au fond de la poubelle soit face aux verres.
- Tapez sur la feuille de plastique tout en visant les tasses.
- Frappez la pellicule plastique tout en visant les verres. L’air sortant du canon devrait faire tomber les verres. Vous aurez peut-être à vous déplacer pour trouver la distance optimale entre le canon et les verres.
Deuxième partie : canon à brouillard
- Pour faire des anneaux de fumée, remplissez la poubelle de fumée en suivant les instructions d’opération de la machine à fumée.
- 1. Une fois que la poubelle est remplie de fumée, tapez sur la pellicule plastique. Encore une fois, vous aurez à faire plusieurs essais pour savoir quelle force appliquer à la pellicule de plastique pour obtenir les plus beaux anneaux. Si le coup est trop fort, l’effet sera trop rapide pour être observé; si le coup est trop faible, les anneaux ne se formeront pas bien.
Vidéo: Giant Smoke Rings – Cool Science Experiment (Video – 2:05min. - en anglais)
Découverte
Le jet d’air qui est éjecté du canon s’appelle un vortex plan. Un vortex est créé lorsque l’air sortant au centre du trou voyage plus vite que l’air sortant sur le bord du trou. Le principe de Bernouilli stipule que « plus un courant d’air se déplace rapidement, plus sa pression est basse ». Puisque l’air au centre du courant d’air se déplace plus vite que l’air en périphérie, il en résulte une pression dirigée vers le centre. Cette pression est la force qui crée le vortex. C’est ce même vortex qui maintient la fumée dans une forme d’anneau. Éventuellement, la friction de l’air dissipe l’énergie emmagasinée dans le vortex et l’anneau de fumée dérive lentement puis s’arrête. Les particules de poussière en suspension (fumée) rendent le vortex de gaz et le mouvement de l’air visible.
En plus d’être une activité amusante à réaliser, le canon à air montre comment les fluides (liquides et gaz) peuvent se déplacer de façon particulière en raison de leurs propriétés physiques. Un vortex est un mouvement circulaire de particules qui peut se produire dans une diversité de gaz et de liquides turbulents. Des anneaux de vortex peuvent se former lorsqu’un objet solide se déplace à grande vitesse à travers un fluide. Les pales rotatives d’un hélicoptère peuvent parfois générer un dangereux vortex qui rend l’hélicoptère difficile à diriger et à manœuvrer. Les vortex peuvent aussi se produire lorsqu’un gaz est poussé à travers un liquide, comme on peut l’observer par les bulles en forme d’anneaux produites lorsqu’un dauphin ou un plongeur souffle de l’air sous l’eau. Des anneaux de vortex peuvent même se former dans le sang lorsque celui-ci est pompé à travers les valves du cœur.
- Observez le mouvement de l’eau : déposez délicatement une goutte de colorant alimentaire dans un grand verre d’eau et regardez attentivement ce qui se passe. Que remarquez-vous?
Pour plus d’informations sur ce sujet, consultez ces ressources de Parlons sciences :
- Qu’est-ce que la turbulence atmosphérique? (Les STIM en contexte) - Apprends la science qui sous-tend les quatre principales causes de turbulence.
- Pourquoi les balles courbe dévient-elles? (Les STIM en contexte) - L’équation de Bernoulli – la clé pour comprendre pourquoi les balles courbes dévient.
Qu’est-ce qui se passe?
Le jet d’air qui est éjecté du canon s’appelle un vortex plan. Un vortex est créé lorsque l’air sortant au centre du trou voyage plus vite que l’air sortant sur le bord du trou. Le principe de Bernouilli stipule que « plus un courant d’air se déplace rapidement, plus sa pression est basse ». Puisque l’air au centre du courant d’air se déplace plus vite que l’air en périphérie, il en résulte une pression dirigée vers le centre. Cette pression est la force qui crée le vortex. C’est ce même vortex qui maintient la fumée dans une forme d’anneau. Éventuellement, la friction de l’air dissipe l’énergie emmagasinée dans le vortex et l’anneau de fumée dérive lentement puis s’arrête. Les particules de poussière en suspension (fumée) rendent le vortex de gaz et le mouvement de l’air visible.
Pourquoi est-ce important?
En plus d’être une activité amusante à réaliser, le canon à air montre comment les fluides (liquides et gaz) peuvent se déplacer de façon particulière en raison de leurs propriétés physiques. Un vortex est un mouvement circulaire de particules qui peut se produire dans une diversité de gaz et de liquides turbulents. Des anneaux de vortex peuvent se former lorsqu’un objet solide se déplace à grande vitesse à travers un fluide. Les pales rotatives d’un hélicoptère peuvent parfois générer un dangereux vortex qui rend l’hélicoptère difficile à diriger et à manœuvrer. Les vortex peuvent aussi se produire lorsqu’un gaz est poussé à travers un liquide, comme on peut l’observer par les bulles en forme d’anneaux produites lorsqu’un dauphin ou un plongeur souffle de l’air sous l’eau. Des anneaux de vortex peuvent même se former dans le sang lorsque celui-ci est pompé à travers les valves du cœur.
Aller plus loin
- Observez le mouvement de l’eau : déposez délicatement une goutte de colorant alimentaire dans un grand verre d’eau et regardez attentivement ce qui se passe. Que remarquez-vous?
Pour plus d’informations sur ce sujet, consultez ces ressources de Parlons sciences :
- Qu’est-ce que la turbulence atmosphérique? (Les STIM en contexte) - Apprends la science qui sous-tend les quatre principales causes de turbulence.
- Pourquoi les balles courbe dévient-elles? (Les STIM en contexte) - L’équation de Bernoulli – la clé pour comprendre pourquoi les balles courbes dévient.