Patinoires : la science de la glace

Selon la Fédération internationale de hockey sur glace, la température de référence pour la glace est de -5 °C.

L'entretien de la glace se fait à l'aide d'une surfaceuse ("Zamboni") :

• La surfaceuse retire une fine couche de glace avec des couteaux.
• Dépose une fine couche d'eau chaude (entre 40 °C et 60 °C) pour restituer l'intégrité de la glace.
• 400 L à 800 L d'eau par surfaçage.
• 10 surfaçage en moyenne par jour, 7 jours par semaine, 12 mois par année.
• 2 millions de litre d'eau potable chauffée par année
• 40 000 L d'eau initiale pour créer la glace

Pourquoi de l'eau chaude ?

L'eau chaude est utilisée, car elle contient une moins grande concentration en oxygène que l'eau froide. Ainsi, la glace a moins d'oxygène emprisonné ce qui permet d'avoir une glace :

• plus dure (donc du patinage plus rapide car elle produit moins de neige par les coups de patins),
• plus rigide (résiste plus longtemps aux coups de patins)
• plus translucide (car l'eau froide gèle plus vite et emprisonne l'air dans les fissures occasionnées par les coups de patin et possède plus d'oxygène emprisonné) pour mieux voir les lignes peintes sous la glace

Solutions

1. Récupération de l'eau de pluie : L'eau est redirigée vers un bassin de rétention puis un système filtre l'eau pour retirer les impuretés et les bactéries. 

• En prime, cette eau diminue la surcharge du réseau d’égout municipal.

Aréna St-Michel à Montréal

2. Diminuer la concentration d'oxygène sans chauffer l'eau. L'eau est acheminée vers un dispositif muni de plusieurs interstices qui produit un écoulement tourbillonnaire. "La création d'un vortex à l'intérieur du dispositif provoque ainsi une dépression et permet d'extraire l'oxygène contenu dans le fluide."1 

• En prime, la température de la surface peut être augmentée jusqu'à -3,8 °C, donc moins d'énergie requise pour la réfrigération.

Système REALice

1. Inter-mécanique du bâtiment, Vol. 32 no 4 Mai 2017, Économie d'eau et d'énergie dans les arénas : un défi de taille, Maxime Richard, p. 16 à 20.

Une bière qui jaillit

Une bière qui reçoit un petit coup sec et vous voilà aux loges pour assister au jaillissement d'une fontaine de bière!

Mais que se passe-t-il ? Pas si simple!

1. Le coup sec initie une onde de compression dans le liquide. 
2. L'onde frappe le fond de la bouteille, est réfléchie (réflexion dure) et devient une onde d'expansion.
3. L'onde frappe la surface du liquide, est réfléchie et devient une onde de compression.
4. L'onde oscille ainsi entre le fond et la surface.



Formation de panaches de bulles suite au passage de l'onde de choc qui oscille

5. Ces oscillations de haute et basse pression provoque la formation de bulles.
6. Les bulles soumises à l'onde de choc oscillante implosent (s'écrasent sous la pression et forment des plus petites bulles) ce qui forme des grappes de bulles qui possèdent une surface totale plus grande que la bulle initiale.
7. Les particules de CO2 dissoutes dans la bière vont s'insérer dans les bulles. 
8. Plus qu'il y a de petites bulles ayant une grande surface par rapport à leur volume, plus elles accumulent des particules de CO2 facilement, plus les bulles grossissent, plus leur masse volumique diminue, plus elles accélèrent vers la surface.
9. Les bulles de CO2 qui sont logées dans les imperfections microscopiques de la surface de la bouteille sont d'abord délogées de la surface par l'onde de choc.
10. Ces grappes se nomment panache. Un panache remonte rapidement à la surface tout en accélérant et lorsqu'il atteinte la pression atmosphérique, les bulles éclatent formant une mousse.

https://www.youtube.com/watch?v=p11X5ueA6Sk

https://youtu.be/So7lp2q5L40

Eau surfondue

Eau surfondue ou super-refroidie

L'eau peut être refroidie à une température inférieure au point de congélation sans toutefois se solidifier. Afin de se solidifier, l'eau nécessite des sites de condensation (impuretés : poussières) ou un brassage. Ainsi, une eau pure qui est refroidie peut rester liquide même à des température inférieures à 0 C et à pression atmosphérique.

Source : Par Original téléversé par Cdang sur Wikipedia français [GFDL (http://www.gnu.org/copyleft/fdl.html) ou CC-BY-SA-3.0 (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/)], via Wikimedia Commons

https://youtu.be/sQdLttUh_b0?list=PLbDYIZ0o1HPI8dmQL9hZM0HbAmKJmDvhN

Boisson gazeuse qui gèle instantannément

Une phénomène qui ressemble à la surfusion (mais qui n'est pas à tout coup de la surfusion) survient dans des boissons gazeuses. Lorsque la boisson gazeuse est suffisamment froide et qu'elle est ouverte, elle peut se "solidifier" instantanément (sous forme de "slush", dû au changement de pression) ou se solidifier suite à un brassage (dû à la surfusion).

Les liquides gèlent à une température qui leur est propre. Par exemple, l'eau pure gèle à 0 C à pression standard. Si l'eau a des impuretés (produits dissous), elle gèle à une température légèrement inférieure (pensez au sel que l'on répand sur les routes glacées en hiver).

La boisson gazeuse a plusieurs produits dissous : sucres, arômes, dioxyde de carbone, etc. Elle ne gèle donc pas à une température inférieure à 0 C. Cependant, dans les bonnes conditions, la boisson gazeuse peut geler à l'ouverture :

1. L'ouverture de la bouteille ou de la canette fait diminuer la pression et permet aux bulles de gaz carbonique de se dilater et d'être expulsé. Le liquide contient moins de dioxyde de carbone dissous et donc son point de congélation est remonté.
2. La phase solide de l'eau, la glace, prend plus de place que la phase liquide. Augmenter la pression favorise donc la phase liquide. Comprimer de la glace a tendance à la faire fondre. Avant l'ouverture, la canette étant pressurisée, la pression favorisait l'état liquide. Lorsque la pression diminue à l'ouverture, la phase solide est favorisée, mais la température doit être inférieure à la température de congélation.
3. Suite à la baisse de pression due à l'ouverture de la canette, les bulle de dioxyde de carbone se détendent. Ce processus de détente d'un gaz refroidit le gaz, ce qui refroidit davantage le liquide et contribue à la solidification. 
4. Les bulles de dioxyde de carbone créent des sites de condensation qui sont essentiels à la solidification.

https://youtu.be/5T68TvdoSbI

Eau surchauffée

À l'opposé, un liquide peut être surchauffé : sa température est au-dessus de sa température d'évaporation sans toutefois bouillir et s'évaporer. Afin d'initier les bulles et permettre l'ébullition, il doit y avoir des impuretés ou une perturbation dans le liquide. L'eau du robinet contient des minéraux et des impuretés qui font en sorte qu'elle bout lorsque les particules atteignent 100 C à pression standard. Or, si on chauffe au four à micro-ondes de l'eau distillée (sans impureté), le résultat peut être explosif...

https://www.youtube.com/watch?v=1_OXM4mr_i0

https://www.youtube.com/watch?v=LpDs7Xm1uLo

Larme de verre ("Prince Rupert's drop")

Nommé en anglais "Prince Rupert's Drop", la larme de verre est obtenue à partir de verre fondu qui est plongé dans de l'eau froide. La partie bombée de la larme possède des propriétés mécaniques bien particulières en raison de son mode de refroidissement.

Larme de verre

Larme de verre dont on vient de couper la queue

Concept physique des contraintes résiduelles thermiques :
Lorsque le verre est plongé dans l'eau froide, l'extérieur de la larme est rapidement refroidi par son contact avec l'eau et durcit. La longue et mince queue se refroidit également rapidement et durcit. À ce moment, l'intérieur de la larme est encore très chaud. Tranquillement, l'intérieur va se refroidir. Puisqu'une variation de température génère une diminution de volume :

l'intérieur veut se compresser mais la partie extérieure qui est déjà solidifiée l'empêche. La partie extérieure se faire donc "écraser" vers l'intérieur ce qui tente de diminuer son volume (elle est en compression) et la partie intérieure se fait tirer vers l'extérieur ce qui tente d'augmenter son volume (elle est en tension).

Ces contraintes résiduelles font en sorte que la partie bombée de la larme est très fortement résistante à des impacts, tel que un coup de marteau. Cependant, la queue qui est plus fragile peut être facilement cisaillée ce qui mène à un effondrement des contraintes internes tel une réaction chimique (voir vidéo de Smarter Every Day).

La larme de verre possède des contraintes résiduelles. Puisque le verre laisse passer la lumière, il est facile d'observer l'effet de ces contraintes avec la photoélasticité.

Visualisation des contraintes résiduelles par photoélasticité

Vidéo :
Smarter Every Day :  https://youtu.be/xe-f4gokRBs

Concept physique de la photoélasticité :
Certains matériaux, lorsqu'ils sont soumis à une contrainte, deviennent biréfringents : la lumière est déviée selon deux indices de réfraction. Les indices de réfractions sont directement liés à la grandeur de la contrainte appliquée. La différence entre les indices de réfraction cause une différence de phase entre les ondes, donc une différence de polarisation de la lumière. Avec une lumière polarisée incident et un filtre polariseur à la sortie du matériau, certaines partie seront en addition de phase et d'autres non. L'addition des ondes dépend de la longueur d'onde incidente. C'est pour cela que si on utilise une lumière polychromatique (lumière blanche qui inclut plusieurs longueurs d'onde), il en résultera des franges de couleur et non des franges simplement claires et sombres (si on avait utilisé une lumière monochromatique), La variation des franges nous renseigne sur la variation des contraintes internes.

La direction des frange permet d'identifier la source de l'injection du plastique lors du procédé de fabrication du rapporteur d'angle et de la règle.

On constate les lieux de concentration de contrainte (près du 0 degrés) causé par le petit rayon de courbure du congé.

Références :
http://www.doitpoms.ac.uk/tlplib/photoelasticity/index.php
https://en.wikipedia.org/wiki/Photoelasticity


Sources images :

By Mg3kc at English Wikipedia - Transferred from en.wikipedia to Commons by Basilicofresco using CommonsHelper., Public Domain, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=5555208

http://www.doitpoms.ac.uk/tlplib/photoelasticity/anisotropy.php

By Nevit Dilmen - Own Photograph, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=3821227

Pression dans un réservoir

Chauffe-eau et une pression trop grande

Sur un chauffe-eau, il y a des dispositifs pour empêcher une surpression dans le réservoir.

- Soupape de sûreté : lorsque la pression est supérieure à une valeur pour laquelle la soupape est calibrée, celle-ci s'ouvre et laisse s'évacuer la pression et coule normalement dans la cuvette située sous le chauffe-eau. Un tuyau relie la cuvette au drain de fondation.

Le tuyau vertical en cuivre est relié à la soupape de sûreté

- Un régulateur de la température qui ajuste la mise en marche des éléments électriques afin de conserver une température spécifiée (au moins 60 degrés C pour éviter les risques de légionellose). Il y a dorénavant un mitigeur thermostatique qui mélange de l'eau froide à l'eau chaude qui sort du chauffe-eau pour diminuer la température maximale à 50 degrés C et éviter des brûlures.

Sans ces dispositifs, il y a risque de surchauffe ce qui peut mener à une surpression.

Trop de pression = trop de force = trop de contraintes dans la paroi = rupture.

Mythbusters :
https://www.youtube.com/watch?v=9bU-I2ZiML0

 Wagon citerne et une pression trop faible

Mythe : des employés ont nettoyé l'intérieur d'un wagon citerne à l'aide de vapeur d'eau puis ils ont scellé toutes les ouvertures. Un peu plus tard, le wagon aurait "implosé" : il s'est écrasé sur lui-même en raison de la trop grande pression externe (ou de la trop petite pression interne!).

Concept physique : lorsque la température de la vapeur diminue pour atteindre un équilibre thermique avec l'air ambiant, sa pression diminue. Si on considère la vapeur d'eau comme étant un gaz parfait :

PV = nRT

Le volume et le nombre de moles sont fixes, donc une diminution de température implique une diminution de la pression.

La pression interne devient inférieure à la pression externe ce qui génère des contrainte dans les parois du réservoir et peut mener à une implosion.

Dans l'extrait de Mythbuster, afin d'assister à une telle implosion, un enfoncement sur la paroi a été créé par la chute d'un bloc de béton de 3200 lbs. Dans le cas du mythe, cette faiblesse aurait pu être causée par un impact sur le réservoir, par de la corrosion, par un défaut dans le matériau, etc.

Observons le résultat lorsque la pression est progressivement diminuée à l'aide d'une pompe à vide.

https://youtu.be/T9bpUfWy8Wg

Résistance des matériaux - Line X

Le Line X est un recouvrement de caisse de camion pulvérisé qui crée un recouvrement protecteur. Ce produit permet de créer une cohésion à la surface du corps qu'il recouvre et l'empêche de se fracasser. En fait, lorsqu'il recouvre complètement un corps, il forme une coquille ayant une grande élasticité. Lorsque l'objet couvert de cette coquille de Line X subit un impact, la coquille se déforme et absorbe de l'énergie lors de sa déformation sans toutefois se rompre.

MythBusters - Explosion de C4 à proximité d'un mur 
https://www.youtube.com/watch?v=3JOXrpCLCJg

How Ridiculous - Chute libre d'un melon d'eau recouvert de Line X
https://www.youtube.com/watch?v=RLpsIuhTb8k

 Sources :
By ArmorThane - PC file, CC0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=20400774

Centrale solaire

Miroirs cylindro-paraboliques
Les rayons du soleil sont redigigés par des miroirs vers le foyer où se trouve une tube comportant un liquide caloriporteur. Les miroirs suivent la trajectoire du soleil et peuvent se tourner à l'envers en cas de mauvais météo.

Miroirs cylindro-paraboliques, Usine Cascades à Kingsey Falls, Qc, Canada

Miroirs cylindro-paraboliques, centrale solaire Noor 1, Marco

Vidéo de la centrale solaire de Cascades à Kingsey Falls, Qc, Canada

Mirois héliostats
Les rayons du soleil sont redirigée par des miroirs plats qui sont programmés pour suivre le soleil afin de diriger les rayons solaires vers une tour de captation d'énergie.

Centrale solaire Ivanpah, Californie

Miroirs héliostats de la centrale Ivanpah, Californie

- Vers un miroir parabolique puis vers la tour : une autre conception est de diriger les rayons du soleil parallèlement à l'axe principal d'un miroir parabolique qui lui redirige ces rayons vers une tour solaire située en son foyer.

Four solaire d'Odeillo, France

Sources :
Par Rabatakeu — Travail personnel, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=4681879

Par toony — Travail personnel , I used this [1], CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=3510928

Arches

Les arches sont une forme de contruction qui favorise la redistribution des charges (principalement le poids) afin d'obtenir que de la compression.


Arche de St-Louis

Grande mosquée de Kairouan

 Intérieur de la grande muraille en Chine

Bridge in a backpack : construction avec des tubes en fibre de verre remplis de béton
http://composites.umaine.edu/our-research/bridge-in-a-backpack/

Sources

By Bev Sykes from Davis, CA, USA - Flickr, CC BY 2.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=639544

By Keith Roper - Flickr: Great Mosque Colonnade 1, CC BY 2.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=18896044

By Leonard G. - own work by Leonard G., CC SA 1.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=57987

Les navettes spatiales

Space X développe un module nommée le Dragon 2 qui pourra servir d'espace occupé par des astronautes avec la possibilité de s'éjecter en cas de défaillance au lancement.

Voir Découverte épisode du 24 janvier 2016.

Test des propulseurs du Dragon 2. Remarquez les câbles qui deviennent mous (sans tension) lorsque les propulseurs sont en fonction ce qui démontre bien qu'ils peuvent "supporter" le poids du module.

Machine simple - La boîte musicale

Boîte musicale à tambour (peigne)

Une boîte musicale est le résultat de plusieurs innovations technologiques.

Initialement, les boîtes à musique utilisaient des cloches et des marteaux. Puis les tambours avec tiges qui font vibrer un peigne sont devenus populaires. Par la suite, les disque perforés ont permis d'avoir des boîtes à musique dont on pouvait facilement changer la mélodie. Finalement sont apparus les gramophones et la radio.

Gramophone

Les boîtes musicales à peigne sont un bel exemple de machine simple : il y a plusieurs engrenages couplés à un ressort de torsion et un régulateur qui fonctionne avec le frottement de l'air pour contrôler la vitesse (tempo). De plus, le peigne comporte des fourches de longueur et d'épaisseur variables qui permettent d'obtenir des notes précises.

https://www.youtube.com/watch?v=COty6_oDEkk&feature=em-subs_digest-g

Sources : 

« VictorVPhonograph » par Norman Bruderhofer — Collection of John Lampert-Hopkins. Sous licence CC BY-SA 2.5 via Wikimedia Commons - https://commons.wikimedia.org/wiki/File:VictorVPhonograph.jpg#/media/File:VictorVPhonograph.jpg

"Spieluhr 02 Dscf4024" by HNH - Own work. Licensed under CC BY-SA 3.0 via Commons - https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Spieluhr_02_Dscf4024.jpg#/media/File:Spieluhr_02_Dscf4024.jpg

La tranche de pain qui tombe toujours sur le mauvais côté

On entend souvent des gens se plaindre que lorsque leur tranche de pain tombe (de leur assiette, du comptoir, etc.), elle s'écrase au sol avec la face tartinée sur le plancher. Et vous l'avez sûrement déjà expérimenté!

Est-ce le résultat de la loi de Murphy?

Loi de Murphy

Tout ce qui est susceptible de mal tourner tournera nécessairement mal.

Dans les années 1940, des tests étaient réalisés par les US Air Force sur les effets de la décélération sur le corps humains par Edward Murphy et son équipe. Lors d'un test, des jauges ont indiquées une force nulle ce qui était impossible. Murphy, frustré, a prononcé une phrase du genre :
« Si ce gars-là a la moindre possibilité de faire une erreur, il la fera! ».

Par la suite, un des ingénieurs a dit qu'aucune personne n'avait été blessée, car ils avaient considéré la "loi de Murphy"...

Revenons à la tartine, est-ce une démonstration de la loi de Murphy, ou du hasard? Pas si sûr.

Selon le physicien Robert Matthews (qui a gagné un prix IG Nobel, prix remis pour une recherche que fait rire puis réfléchir les gens), le hasard n'est pas l'explication.

https://www.youtube.com/watch?v=zwIfBSbNQCs

D'après ses calculs, lorsque la toast tombe du bord du comptoir, elle va se mettre à tourner sur elle-même à une vitesse de rotation qui dépend de ses dimensions. Or, pour une toast de dimension standard, avec sa vitesse de rotation et avec le temps qu'il lui faut pour atteindre le sol,

  elle ne peut exécuter qu'un demi-tour. 

Donc, pour ces conditions (hauteur de chute à partir du comptoir et dimension de la tranche de pain), la toast tombera toujours sur sa face tartinée.

Solutions pour éviter qu'elle ne tombe sur le côté tartiné :
- Être plus grand : si la toast tombe de plus haut, elle aura le temps de faire une rotation d'un tour complet.
- Manger des tranches de pain plus petites : elles vont avoir une vitesse angulaire plus grande donc complètera un tour avant de toucher le sol
- Au moment où la toast glisse de notre assiette, tirer rapidement l'assiette : ceci empêchera la toast d'avoir une rotation initiale et elle tombera en restant horizontale

Article de Robert Matthews : pdf
Article de Radio-Canada : http://blogues.radio-canada.ca/science/2015/11/05/murphy-et-ses-tartines-beurrees/

Béton - Viaducs de l'autoroute 20

Le prolongement de l'autoroute 20 entre l'Isle-Verte et Trois-Pistole donne un bel exemple du processus de validation de la qualité du béton.

Fissure réparée sur le viaduc à Cacouna

En effet, le Ministère des Transports du Québec (MTQ) a procédé à l'analyse du béton de 4 viaducs construits en béton. Le béton doit avoir satisfaire à des exigences afin, entre autres, d'avoir une longévitié de 75 ans (norme du MTQ). Suite aux résultats des analyses, la construction d'un viaduc a été arrêtée et le "squelette" (tout sauf le tablier) devra être démoli et reconstruit. La "recette" du béton ne permet pas de répondre aux exigences du MTQ.

http://ici.radio-canada.ca/regions/est-quebec/2014/07/14/007-autoroute-20-isle-verte-mtq-viaduc.shtml

Les trois autres viaducs devront être réimperméabilisés : une couche est enlevée en surface et du béton est recoulé.

De plus, le viaduc avant la sortie à Cacouna présente 4 fissures dont une a été réparée. Avec les cycles de gel/dégel, il faut éviter que de l'eau puisse s'infiltrer et causer l'éclatement du béton.

http://ici.radio-canada.ca/regions/est-quebec/2012/10/18/007-fissures-viaduc-isleverte.shtml

Toucher un objet : impossible?

Toucher un objet semble évident : on ressent la texture de l'objet, on détecte sa chaleur, sa douceur, on peut rester coller sur un objet.

Pourtant, en physique, deux atomes ne peuvent pas être en contact puisque les nuages d'électrons qui enveloppent les noyaux se repoussent (charges négatives vs charges négative = répulsion). Il ne peut y avoir de contact entre les électrons... ça veut donc dire que votre postérieur "flotte" au-dessus de votre chaise en raison de la force de répulsion entre les atomes. Aucun contact n'existe!!!

Néanmoins, il y a toutes sortes de cas où des éléments semblent se lier. Prenons l'exemple de l'eau : H2O. Les atomes d'hydrogène et d'oxygène ne se touchent pas, mais se partagent les électrons pour former un grand nuage d'électrons commun.

Le frottement entre deux objets ne fait pas plus intervenir de contact.

Un cas où une particule semble pouvoir toucher une autre particule est lors de collisions nucléaires : l'atome radioactif qui est "frappé" par une particule se scinde...

Source :
http://i0.wp.com/www.fromquarkstoquasars.com/wp-content/uploads/2014/06/You-are-Hovering-Electron-Repulsion.jpg

Rupture

Wing stress test

This is certainly a catastrophic failure, but it’s an intentional one. What you see above is footage of a Boeing 777 being pushed to the breaking point (literally). The 777 used a new wing design that engineers needed to assess to make sure they could hold up to extreme turbulence. They also wanted to know if the same wings could be used in future planes with greater mass. The wings collapsed at 154 percent of design limit load.

Sidewalk collapse

This GIF comes from security footage captured in China’s Heilongjiang Province earlier this year. As several people are standing on the sidewalk, it just collapses under their feet. It is unclear what caused the hole to open up, but shoddy construction is the most likely culprit. Luckily, no one was seriously injured.

CD disintegration

How fast can a standard CD spin before it fails catastrophically? The answer, apparently, is about 170,000 RPM. That’s what we learn from the above GIF, which is kind of mesmerizing. A CD drive might spin at a maximum of 40,000 or 50,000 RPM.

Hornslet wind turbine failure

The above 600 kW wind turbine met its maker (a Danish engineer, I guess) in 2008 when the brake mechanism that was supposed to slow the blades malfunctioned. The incident took place in Hornslet, Denmark near a farmhouse where the residents were fast enough to capture the event on film. The 45 meter tall turbine was removed and replaced with a new one in just a few months. Those Danes take wind power seriously.

Flexion d'un Iphone

Suggestion de M.-S. B.

http://tvanouvelles.ca/lcn/lebuzz/archives/2015/09/20150927-123817.html

Photoélasticimétrie

Méthode expérimentale qui permet de visualiser les contraintes à l'intérieur d'un matériau biréfringent.

Quelques exemples en images.

« Plastic Protractor Polarized 05375 » par Nevit Dilmen — Mon oeuvre. Sous licence CC BY-SA 3.0 via Wikimedia Commons - https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Plastic_Protractor_Polarized_05375.jpg#/media/File:Plastic_Protractor_Polarized_05375.jpg

« Photoelasticimetry1 ». Sous licence Domaine public via Wikimedia Commons - https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Photoelasticimetry1.JPG#/media/File:Photoelasticimetry1.JPG

"BiodegradablePlasticUtensils2" by Scott Bauer - This image was released by the Agricultural Research Service, the research agency of the United States Department of Agriculture, with the ID k7245-1 (next).This tag does not indicate the copyright status of the attached work. A normal copyright tag is still required. See Commons:Licensing for more information.English | français | македонски | +/−. Licensed under Public Domain via Commons - https://commons.wikimedia.org/wiki/File:BiodegradablePlasticUtensils2.jpg#/media/File:BiodegradablePlasticUtensils2.jpg

Succion dans une paille

Quelle est la longueur verticale maximale d'une paille avec laquelle on peut boire un liquide?

Afin de faire monter une liquide dans la paille, il faut faire diminuer la pression dans la paille, ce que nos poumons peuvent faire (avec nos muscles). La pression atmosphérique pousse sur la surface libre du liquide vers le bas. Lorsque nous aspirons dans la paille, la pression dans celle-ci diminue. La différence de pression fait monter le liquide dans la paille. Plus le liquide monte, plus il occupe un grand volume dans la paille et plus son poids est grand. Afin de continuer l'ascension du liquide, la succion qu'on exerce doit être suffisante pour "retenir" le poids du liquide dans la paille.

La différence pression à une profondeur h dans un fluide :

Si on réussit à créer un vacuum (pression nulle) avec nos poumons, la différence de pression entre le haut du liquide aspiré et sa base (surface libre) est alors :

Avec ce vacuum, on obtient la hauteur maximale d'eau qu'on peut aspirer :

Ceci est un résultat théorique : on ne peut pas créer une pression nulle avec nos poumons. La hauteur maximale réelle est donc inférieure à 10,3 m, soit plutôt autour de 7 m.

https://www.youtube.com/watch?v=HUmZrtiXDik