C’est Bernoulli qui l’a dit

Illustration EPFL SPS 2020

Une expérience trÚs simple dont le résultat vous coupera le souffle.

Papounet : MĂ©lina, arrĂȘte de courir comme ça, tu fais envoler toutes mes feuilles.
MĂ©lina : Il parait que plus on va vite, moins on est pressĂ©.
Papounet : Quoi ?
MĂ©lina : Oui, c’est Bernoulli qui l’a dit.
Papounet : Le joueur italien ?
MĂ©lina : C’est pas un joueur de foot Papounet, c’est un savant.
Papounet : Ben, c’est pas une raison pour jouer les courants d’air.

Pour réaliser cette expérience, tu auras besoin du matériel suivant:

  • deux bouteilles vides (ou deux canettes en aluminium vides)
  • une paille 

Place les deux bouteilles cĂŽte Ă  cĂŽte en laissant un espace de quelques centimĂštres.

La paille te servira Ă  souffler entre les deux bouteilles (attention, il faut que l’extrĂ©mitĂ© de ta paille soit bien entre les deux bouteilles). 

Avant de faire l’expĂ©rience, essaie de prĂ©voir ce qui va se passer quand tu vas souffler entre les deux bouteilles.

Alors, tu as testé ? Ta prévision était-elle juste ?

 

VĂ©rifie ton raisonnement avec les explications ci-dessous :

Contrairement Ă  ce qu’on pourrait penser, quand tu as soufflĂ©, les deux bouteilles se sont rapprochĂ©es. Étonnant !

Au repos la pression atmosphĂ©rique (pression exercĂ©e par l’air, symbolisĂ©e par les flĂšches rouges) appuie sur tous les cĂŽtĂ©s des bouteilles, et donc rien ne bouge.
Si tu ne connais pas la pression atmosphĂ©rique, tu peux faire l’expĂ©rience « le verre Ă  l’envers Â».

En soufflant dans ta paille, tu as accĂ©lĂ©rĂ© l’air entre les deux bouteilles, crĂ©ant ainsi une dĂ©pression. Une dĂ©pression, c’est quand la pression de l’air baisse. Donc, pour chaque bouteille, d’un cĂŽtĂ© on a la pression atmosphĂ©rique (flĂšches rouges) qui pousse et de l’autre la dĂ©pression (flĂšches bleues). La pression exercĂ©e par l’air sur l’extĂ©rieur des bouteilles Ă©tant plus forte que celle entre les bouteilles, ces derniĂšres se rapprochent.

C’est ce qu’avait dĂ©montrĂ© le mathĂ©maticien suisse Daniel Bernoulli en 1738. Ses travaux permettent d’expliquer que plus la vitesse d’un fluide est grande, plus la pression est petite. Un fluide pouvant ĂȘtre un gaz ou un liquide.

Pour aller plus loin

Le principe de Bernoulli Ă©nonce plus prĂ©cisĂ©ment que dans le flux d’un fluide homogĂšne et incompressible soumis uniquement aux forces de pression et de pesanteur, une accĂ©lĂ©ration se produit simultanĂ©ment avec la diminution de la pression.

Le thĂ©orĂšme de Bernoulli, qui est la formulation mathĂ©matique du principe de mĂȘme nom, s’Ă©crit:

oĂč:

p est la pression en un point (en Pa ou N/mÂČ)

ρ est la masse volumique en un point (en kg/mÂł)

v est la vitesse du fluide en un point (en m/s)

g est l’accĂ©lĂ©ration de la pesanteur (en N/kg ou m/sÂČ)

z est l’altitude du point considĂ©rĂ© (en m)

Si maintenant on considĂšre un Ă©coulement horizontal et qu’on s’intĂ©resse Ă  deux points de passage de l’Ă©coulement, on obtient:

Ce qui permet de montrer que la pression p dans l’Ă©coulement est d’autant plus faible que la vitesse d’Ă©coulement v est grande.