[4e] Expérience de la canette écrasée pression atmosphérique

Sur les expériences et manipulations, buts, pertinence, déroulement, explication scientifique, organisation pratique et trucs et astuces... Pour les documents pédagogiques, merci de les placer dans la section du niveau concerné.

[4e] Expérience de la canette écrasée pression atmosphérique

Messagede Aranel53 » 25 Juin 2010, 16:25

Bonjour,

Pour ceux qui ne connaissent pas, je vous présente l'expérience de la canette écrasée. (J'avais pas d'élèves alors je me suis filmé ! :ugeek: )

http://www.dailymotion.com/video/xdthje ... nette_tech



canette.jpg


Elle permet de visualiser l'existence de la pression atmosphérique et de faire le lien avec le modèle moléculaire et les changements d'états pour l'explication scientifique.

Elle est très visuelle et devrait pouvoir être faite par les élèves eux mêmes (en demi classe, un côté, puis l'autre ça devrait être jouable). Je ne la fait qu'en manip prof depuis 5 ans et j'aimerais arriver à avoir assez de matériel pour qu'ils la fassent eux même.

Sinon, ils peuvent la refaire (ou faire) chez eux en bricolant une poignée en papier d'alu torsadé, ça suffit pour tenir la canette (merci Abdelwahab).

Je vais essayer de faire une explication détaillée avec des schémas sous Inkscape...

J'espère que ça servira à certains, même si c'est une expérience qui est assez célèbre de nos jours, elle n'est pas encore très répandue.
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Re: Expérience de la canette écrasée : pression atmosphérique 4e

Messagede raphy38 » 25 Juin 2010, 17:11

Ma collègue l'a fait cette année en classe avec les élèves. Ca les a bien marqué et c'est vraiment très visuel ! Comme l'histoire du mouchoir dans un verre retourné sur de l'eau.

Merci pour la vidéo !
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Re: Expérience de la canette écrasée : pression atmosphérique 4e

Messagede mathier » 25 Juin 2010, 17:55

merci je ne connaissais pas cette expérience de canette écrasée.
tu l'introduis quand exactement dans ton cours de 4eme ?

et pour l'expérience citée dans le dernier post c'est quoi exactement je ne vois pas ?

merci
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Re: Expérience de la canette écrasée : pression atmosphérique 4e

Messagede Aranel53 » 25 Juin 2010, 18:29

Je l'introduis après les définitions de pression, unité et les manipulations de manomètre avec la seringue. On a vu que la pression atmosphérique c'est 1 bar environ, soit environ 100000 Pa mais c'est beaucoup ou pas ?

Donc j'enchaine la dessus, prévision, expérience, retour sur le modèle moléculaire et explication.
Pour arriver ensuite à la définition (que je donne quand même : "Une pression d'un pascal est l'équivalent de la force exercée par une masse de 100 g une surface d'un mètre carré". Et on fait le calcul de la masse qui faudrait "pour que ça appuie pareil" que la pression atmosphérique... et ils hallucinent... et comprennent bien pourquoi la canette est écrasée si fort.

Mais j'ai pas forcément fait les rappels sur le modèle moléculaire, ça peut se faire juste avant comme juste après, au choix...

(pour le verre retourné j'ai ouvert un autre sujet)
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Re: Expérience de la canette écrasée : pression atmosphérique 4e

Messagede Occitan » 28 Juin 2010, 20:29

Bonjour,

Voilà une expérience comme je les aime pour commencer à discuter. Super la vidéo !

D'ailleurs, sur cette expérience, il y a de quoi !

Avant d'arriver à la pression atmosphérique qui écrase la canette, il faut d'abord expliquer comment se fait le vide...

Je suppose que l'explication est que l'eau en ébulliion produit de l'eau gazeuse qui chasse l'air. puis dès que l'on plonge la canette dans l'eau, ouverture vers le bas, il y a une brutale condensation de l'eau gazeuse en gouttes d'eau, qui elles, occupent un tout petit volume par rapport à l'eau gazeuse. Il n' y a donc plus rien à l'intérieur, que du vide (tension de vapeur de l'eau à T° en fait, soit quelques millimètres de mercure comparés aux 760 mm de la pression atmosphérique)..

Pour vérifier ce principe, on peut utiliser un bocal de conserve en verre, avec capsule. On y verse un tout petit peu d'eau au fond, que l'on fait bouillir, la capsule étant posée au dessus. Quand toute l'eau est presque évaporée, on arrête de chauffer. Quand la température a baissé, on constate que la capsule adhère au bocal très fortement. On doit voir des gouttes d'eau sur les parois.

D'ailleurs, par la même occasion, si on a fixé à l'intérieur une petite clochette, on ne doit plus l'entendre tinter quand on secoue le bocal...

En fait je n'ai pas fait l'expérience, mais c'est à essayer....
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Re: Expérience de la canette écrasée : pression atmosphérique 4e

Messagede www.physagreg.fr » 30 Juin 2010, 20:48

Bonsoir,
En effet, belle vidéo, plus complète que celle que j'avais réalisée il y a trois ans, et qui est visible dans la partie thermodynamique de la page vidéo de physagreg. D'ailleurs, le but de cette vidéo n'était pas d'expliquer le phénomène mais juste de le montrer.

Pour ce qui est de traiter cette expérience en 4ème, je me permets de dire que cela me semble un peu tôt : je faisais faire cette expérience aux élèves en seconde dans le dernier thème de physique de l'ancien programme. Et dans mes souvenirs, la majorité des élèves avaient des difficultés à saisir le pourquoi du comment.
Mais avec un bon schéma, c'est possible et puis le principal intérêt de cette "canette écrasée" est son effet visuel !


Je serais intéressé de tester l'expérience proposée par Occitan, avec la conserve et sa capsule ... faudrait que je trouve le matériel ...

Bonnes vacances,
Julien
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Re: Expérience de la canette écrasée : pression atmosphérique 4e

Messagede Aranel53 » 01 Juil 2010, 08:40

Merci pour vos compliments sur ma vidéo, j'ai fait ça un peu à l'arrache et c'est monté avec les pieds, mais pour montrer le phénomène c'est suffisant.

Je vais essayer de faire une explication détaillée avec des beaux schémas et tout ! ;)

Pour répondre à Occitan,
En effet, il faut expliquer ce qui se passe car comme je dis aux élèves, l'air extérieur ne "sait" pas qu'il doit appuyer sur la canette quand on la refroidit, il appuie tout le temps... et donc c'est ce qui se produit dans la canette qui est à l'origine du déclenchement de l'écrasement.
Ton explication est tout à fait correcte, le but de faire bouillir assez longtemps est bien de chasser au maximum l'air et de le remplacer par de la vapeur d'eau autour de 100°C. La pression de vapeur saturante à 100°C étant par définition égale à la pression atmosphérique, en se plaçant dans le cas idéal où on n'a que de la vapeur d'eau à 100°C dedans, elle exerce une pression égale à la pression extérieure. La canette est donc toujours en équilibre, les forces intérieures et extérieures se compensent.
Quand on plonge la canette dans l'eau, comme la paroi est très fine, elle se refroidit très rapidement, la vapeur d'eau se liquéfie en majorité et on pourrait arriver à la valeur de pression de vapeur saturante à 20°C qui correspond en effet à un très bon vide primaire (23 mbars d'après wikipédia). Bon, on n'atteint pas ces valeurs en procédant comme ça, à l'arrache, mais l'écart avec la pression extérieure est quand même très grand rapidement. Et comme on retourne la canette quand on la plonge, le temps que l'eau monte dedans, l'air a écrasé la majeure partie de la canette.

Au début, quand on me la montrée, je pensais que comme elle est toujours ouverte, ça ne marcherait pas et que l'eau monterait simplement dedans. Vu l'inertie de l'eau et la finesse de la paroi, la canette est bien écrasée avant, avec un bruit bien caractéristique...

Pour l'explication en 4e, je pense que c'est le bon moment car ils ont fait (ou refait) les changements d'état avec l'explication moléculaire. Donc, ils peuvent tout à fait comprendre que si on liquéfie l'eau, les molécules ne vont plus "taper autant" sur les parois intérieures qui vont être enfoncées par les chocs des molécules de l'air extérieur qui tapent toujours autant. (voir page de l'aspirisouffle de Jean Pierre Petit).
Je leur montre l'expérience d'abord, puis je les mets par groupe et ils doivent rédiger une explication correcte avec ce qu'il savent... et ça marche bien ! Et après, on la refait, et ils sont tout contents ! :-)


Par contre, concernant l'expérience avec le bocal, je me méfierais... J'ai essayé une fois avec un gros bocal de confiture et je ne sais pas s'il était fêlé ou quoi mais le bord a cédé avec un bruit de bris de verre assez déconcertant... Le bouchon ne résiste pas toujours non plus... donc à tester mais avec des lunettes ! (même si normalement, les morceaux vont vers l'intérieur...)
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Re: Expérience de la canette écrasée : pression atmosphérique 4e

Messagede jerome » 01 Juil 2010, 15:22

en seconde elle fait encore un tabac ; et avec le nouveau programme, il y aura toujours moyen de la glisser je pense avant de s'attaquer à la plongée
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Re: Expérience de la canette écrasée : pression atmosphérique 4e

Messagede Occitan » 01 Juil 2010, 18:33

Bonjour,

Je voudrais juste apporter un petit complément sur la manip avec le bocal et sa capsule.

Ces bocaux sont faits pour être stérilisés, donc ils supportent bien la chaleur si on chauffe au bain marie.
C'est exactement ce qui se passe lors d'une stérilisation.

Après refroidissement, pour montrer qu'il y a le vide à l'intérieur, il suffit de percer la capsule et d'entendre le bruit caractéristique de l'air qui entre par le trou.

Et puis aussi avant de faire entrer l'air, on peut défier les plus costauds, pour voir s'ils arrivent à soulever le couvercle ! C'est l'occasion de leur faire calculer la force de la pression atmosphérique qui agit sur la capsule.

Mais je reconnais que la manip avec la canette est sympa... d'ailleurs je vais la faire !

Cordialement et bonnes vacances.
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Re: Expérience de la canette écrasée : pression atmosphérique 4e

Messagede Aranel53 » 01 Juil 2010, 18:36

OK pour les bocaux, en effet ça doit résister vu que c'est fait pour ça. J'ai du avoir un pot déjà fêlé ou alors j'ai mal réglé mon chauffage et ça a fragilisé le verre.
C'est bien avec un truc fermé, car la descente en pression est plus lente. Un collègue m'a dit qu'avec une bouteille de sirop en acier ça marche bien aussi... à tester.


Bon, je viens de passer deux heures à mon explication pour la canette:

Je m'amuse bien ! ;-)

à vos critiques, j'ai fait le texte un peu à l'arrache...
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