Fusée à bouteille d’eau
L’air sous pression pousse l’eau vers la buse ; la bouteille part dans l’autre sens (force de réaction).
L'expérience
Fusée dehors à la demande de l’enfant : bouteille, eau, pompe — décompte, lancement, courir après les éclaboussures, remplir et recommencer.
Ce qu'on a utilisé
La cuisine d'abord. S'il vous manque quelque chose, voici ce qui a bien marché chez nous.
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Pompe à pied avec manomètre. Le garage d’abord si vous en avez déjà une.
- Bouchon de vin, raccourci pour que l’aiguille à ballon de la pompe le traverseNatural Soft Wood Corks 25-pack
Doit tenir l’étanchéité au goulot sous pression (~40–60 psi).
- Protection des yeux pour la personne qui pompe
À FAIRE
Comment la mener
Raccourcir un bouchon de vin, commencer vide ou avec environ un cinquième d’eau, et poser la bouteille en biais entre des coussins sur une chaise. Pomper avec une pompe à pied jusqu’à ce que le bouchon lâche, puis essayer avec plus d’eau.
Installation
Dehors, poser la bouteille en biais entre des coussins sur une chaise.
Étapes
1Bouchon
Raccourcir un bouchon de vin pour que l’aiguille à ballon de la pompe à pied le traverse. Enfoncer le bouchon dans le goulot.
- 2
Remplir
Commencer avec une bouteille de soda d’un litre vide, ou environ un cinquième d’eau. Les essais suivants peuvent en prendre plus.
- 3
Installer
Dehors, poser la bouteille en biais entre des coussins sur une chaise.
- 4
Pomper
Utiliser une pompe à pied avec manomètre. Se tenir au bout du tuyau. S’arrêter vers 40–60 psi.
- 5
Encore
Le bouchon saute en général avant 60 psi. L’eau sort par le goulot et la bouteille part dans l’autre sens. Ajouter de l’eau et relancer.
Accrochez-vous
Mécanisme
Les flèches orange pleines sont des poussées. Les flèches en pointillés montrent dans quelle direction quelque chose se déplace.
Panneau 1, « La pression monte ». En pomper, on pousse plus d’air à travers une aiguille dans le bouchon. L’air au-dessus de l’eau est plus serré que l’air dehors, donc sa pression est plus haute. Cet air comprimé pousse sur chaque paroi qu’il touche, et sur l’eau. L’eau transmet la poussée au bouchon. Le bouchon tient le goulot fermé.
À gauche, le montage à la maison. La bouteille est posée goulot en bas en biais entre des coussins sur une chaise. Le bouchon et l’aiguille pointent vers le siège. Le corps pointe vers le haut et l’arrière. La pompe est au sol à côté de la chaise, et le tuyau arrive par en dessous. La fenêtre à droite est la même bouteille tournée entièrement goulot en bas pour voir l’intérieur.
Panneau 2, « Une paire de poussées ». Quand le bouchon lâche, l’air comprimé pousse l’eau vers la buse. L’eau pousse la bouteille dans l’autre sens, tout aussi fort. Les deux poussées ont la même taille et des directions opposées, et elles agissent sur des choses différentes, donc elles ne s’annulent pas. L’eau sort par le goulot. La bouteille part dans l’autre sens.
À gauche, l’eau sort vers le bas et l’arrière par le goulot et la bouteille monte et s’éloigne. La bouteille et l’air comprimé poussent l’eau vers le bas et l’arrière. L’eau pousse ce système fusée vers le haut et l’arrière avec une force égale. Pendant que l’air comprimé se dilate, sa pression baisse.
Panneau 3, « Pourquoi un cinquième donne plus d’impulsion ». Le remplissage change le vol. Sans eau, il ne sort que l’air comprimé : une bouffée légère et très rapide. Pour l’énergie stockée dans cet air, une bouffée légère apporte peu de poussée totale. Avec environ un cinquième de la bouteille en eau, l’air éjecte cette eau plus lentement, et la poussée totale est plusieurs fois plus grande, donc la bouteille monte plus haut. Une bouteille vide part quand même. Elle ne monte juste pas autant. Une bouteille pleine jusqu’en haut n’a plus d’air à comprimer, donc elle reste en place.
Dans ce modèle d’1 L à 40 psi, les barres sont l’impulsion : la poussée additionnée sur le temps qu’elle dure. Un cinquième donne environ 4,66 N·s et une bouteille vide environ 0,82 N·s. Ce n’est pas une poussée à un instant, ni la hauteur du vol.
À la maison la bouteille était en biais. Les poussées restent le long du goulot : eau sortant par le goulot, bouteille dans l’autre sens.
Aller plus loin
La poussée ne dure que tant que de la masse sort par le goulot, et elle faiblit quand l’air se dilate et que sa pression baisse. C’est pour ça que le remplissage compte. Environ un cinquième d’eau suffit pour un vol haut sur une bouteille nue. Une bouteille vide part quand même, sur une poussée totale plus petite. Une bouteille pleine n’a plus d’air à comprimer. La taille de la buse et l’étanchéité du bouchon changent la vitesse à laquelle la pression se vide.
Le nom de ça
Force de réaction / troisième loi de Newton ; conservation de la quantité de mouvement ; gaz sous pression qui fait travailler un fluide.
Essayez : quelle quantité d'eau vole le plus haut ?
Réglez l'eau et la pression de la pompe, lancez, et voyez quel remplissage envoie la bouteille le plus haut.
Notes de la maison
Il avait un peu peur du « pop ». Commencez avec un cinquième de remplissage, ou même une bouteille vide, juste pour sentir la pression de départ. Les petits pas sont super, pour ne pas casser une fenêtre. L’expérience était géniale. Il a adoré. On est allés un peu loin et on a failli perdre une bouteille sur le garage ; elle a rebondi dessus, mais c’était notre sixième tir. Un peu de fuite au bouchon a fait un bazar d’eau, mais vous aurez déjà de l’eau partout. Le bébé d’un an dormait. On avait la bouteille en biais, ce qui facilitait le tir et où elle atterrit. Ne construisez pas de base ; posez la bouteille sur une chaise dehors entre des coussins. C’est plus rapide à installer. Aussi, raccourcir les bouchons pour que l’aiguille passe. On a aussi fait une bouteille de 2 litres, droite, un tiers pleine, environ 30 psi. Elle est montée si haut qu’il n’a plus voulu recommencer, mais je pense qu’en secret il a aimé. Le travail, c’est couper un bouchon et le faire une fois. Après c’est facile d’essayer d’autres bouteilles, d’autres remplissages, etc.