24 Juin 2005

Comment un ballon s’envole-t-il ?

Pour comprendre ce qui permet à un ballon de s’envoler, il suffit de se livrer à une expérience toute simple.

Dans un aquarium rempli d’eau, plongez une balle de ping-pong. Dès que vous la libérez, elle remonte rapidement à la surface. En effet, dans l’aquarium, la balle prend la place d’un volume d’eau d’environ 20 cm3. Elle subit, sur toute sa surface, la pression de l’eau environnante.

Volume de la balle : 20 cm3

Poids de la balle : 2 g

Poids de la balle remplie d’eau : 20 g (1 cm3 d’eau pèse 1 g)

Poids de la balle remplie d’air : 0,03 g



Un calcul simple montre qu’il en résulte une force dirigée vers le haut, appelée poussée d’Archimède, et équivalente au poids d’une balle qui serait remplie d’eau, soit 20 g. D’un côté, le poids de la balle, 2 g, la dirige vers le bas, et de l’autre, la poussée d’Archimède exerce une force contraire 10 fois plus forte !

Pourquoi, une fois remontée à la surface de l’eau, la balle ne continue-t-elle pas son ascension dans l’air ? Tout simplement parce que dans l’air, le volume d’air déplacé par la balle ne pèse que 0,03 g. La force ascendante correspondante ne fait donc plus le poids face à la force descendante, 70 fois plus forte, due au poids de la balle. Tout est donc affaire de densité.
Le saviez-vous ?
La poussée d'Archimède
« Tout corps plongé dans un fluide subit une poussée verticale, dirigée de bas en haut, égale au poids du fluide déplacé ».
Cette loi a été énoncée par le savant grec Archimède (287 – 212 av. J.C.) La légende dit qu’il en prit brutalement conscience dans son bain, s’élançant alors dans la rue en criant « Eurêka ! Eurêka ! »
Savant complet, il est à l’origine de nombreuses théories… et a également inventé le boulon, formé d’une vis et d’un écrou !
Prolongez à présent le raisonnement.
Pour soulever de Terre une personne à bord d’une nacelle, il suffit de d’arrimer celle-ci à une bulle de gaz moins dense que l’air atmosphérique : l’hélium par exemple, qui est 7 fois moins dense que l’air. Chaque m3 de ce gaz ne pèse que 180 g et peut soulever une masse d’environ 1 kg ! Ainsi, un ballon dont l’enveloppe contient environ 100 m3 d’hélium peut s’élever avec un adulte à bord.

En revanche, la poussée d’Archimède n’existe pas dans le vide. On ne verra donc jamais un ballon survoler le sol lunaire…

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