Écraser une canette avec de l’air… Mais c’est quoi ce défi de ouf ? À moins d’avoir mis au monde le fils de superman… je ne vois pas comment y arriver ! Mais j’adore les défis, vous le relevez avec moi ?
Et puis on ne peut pas quand même pas écraser une canette avec de l’air ! Si l’air ça faisait mal, ça se saurait quand même ! De l’air, il y en a partout autour de nous, et même sur nous. Que je sache, on n’est pas écrasé. Alors comment allez-vous faire pour relever ce défi ?
Bon vous donnez votre langue au chat ? Allez j’envoie la réponse !
Matériel nécessaire pour écraser une canette
Pour réaliser cette expérience, vous aurez besoin de :
- canettes vides
- un saladier
- des glaçons
- un entonnoir
- une pince pour biberon (8,75 € sur amazon)
Protocole de l'expérience
- remplissez au trois-quart le saladier avec de l’eau
- ajoutez-y des glaçons et mélangez
- versez dans la canette un fond d’eau
- mettez à bouillir la canette jusqu’à observer un fin brouillard sortir de la canette
- attrapez la canette avec la pince à biberon en prenant attention à respecter la position de la main comme sur la photo
- retournez-la le plus rapidement possible sur le saladier rempli d’eau glacée ! Vu le nombre de cadavres de canettes qu’il y a derrière le saladier, vous comprendrez que c’est une expérience qui a beaucoup amusé les enfants. Ils l’ont faite et refaite, encore et encore… Je vous conseille donc d’anticiper en récoltant un maximum de canettes vides ! Et oui, pour répondre à votre question… j’aime le seven up mojito !
Écraser une canette avec de l'air, explications
Explications simplifiées (niveau primaire)
La canette n'est pas vide...
Lorsque l’on dit qu’on a utilisé une canette vide, ce n’est pas tout à fait vrai… En réalité, elle contenait… de l’air. L’air est certes invisible à nos yeux, mais il n’est pas pour autant inexistant ! L’air se compose majoritairement de molécules de dioxygène (atomos en rouge sur l’image) et de diazote (atomos en bleu).
La pression de l'air
Figurez-vous que l’air exerce une force sur absolument tout, y compris nous ! Pour vous donner une idée de la force de l’air, nous allons faire un comparatif au poids exercé sur une main. Vous trouverez la démonstration mathématique dans les explications plus poussées (juste après).
Accrochez-vous bien ! La pression de l’air exercée sur la main d’un enfant de 8 ans est équivalente à une masse de 80 kg posé sur sa petite main ! C’est ouf non ? Imaginez maintenant ce que ça donnerait sur tout le corps ! Pour le corps d’un enfant de 8 ans, ça reviendrait à se faire écraser par un grand éléphant mâle de la savane africaine d’environ 7 tonnes (7000 kg) !
Mais pourquoi donc ne sommes nous pas écrasés par cette pression ? Tout simplement parce que nous avons la même à l’intérieur de notre corps et elle compense la pression extérieure. Ouf, on ne finira pas écrabouillés comme cette canette !
D’ailleurs, c’est pour ça que la canette ne s’écrase pas. Car elle aussi a de l’air à l’intérieur qui compense la pression extérieure comme vous pouvez le voir sur l’image ci-contre.
Les molécules de diazote (en bleu) et de dioxygène (en rouge) se cognent contre la paroi de la canette autant à l’intérieur qu’à l’extérieur.
Écraser une canette... avec de l'air !
Et la voilà l’idée ! On va supprimer l’air à l’intérieur de notre canette (ou grandement diminuer). En gros, on va faire plus ou moins le vide.
Lorsqu’on fait bouillir l’eau, les molécules d’eau vont passer de l’état liquide à l’état gazeux. Normal, en chauffant, on leur apporte assez d’énergie pour qu’elles puissent s’enfuir de la prison (l’eau liquide) où elles étaient. Mais comme elles sont particulièrement excitées, elles vont vouloir s’échapper dans l’atmosphère. Et au passage elles poussent les molécules d’air qui étaient dans la canette vers l’extérieur… (voir l’animation ci-contre).
C’est pour ça qu’il faut attendre un peu avant de retourner la canette, pour être sûr qu’il n’y ait quasiment plus de molécules d’air.
Une fois que l’air s’est fait virer de la canette, il ne reste quasiment plus que des molécules d’eau dedans. Il y a un peu d’eau liquide au fond de la canette et au dessus, principalement de l’eau à l’état gazeux.
Lorsqu’on renverse la canette sur l’eau glacée, les molécules d’eau à l’état gazeux se retrouvent brusquement en contact avec de l’eau froide et voient leur température chuter. Mais de l’eau chaude à l’état gazeux qui refroidit, repasse automatiquement à l’état liquide. Résultat, il n’y a quasiment plus de gaz dans la canette (vu qu’on y avait chassé l’air).
La pression extérieure n’a plus rien pour la compenser. Elle écrase alors la canette sans pitié !
Explications poussées (niveau lycée)
Calcul de la force pressante de l'air
On sait par définition que la pression c’est une force exercée par unité de surface. On définit donc la pression par la formule : P = F / S où P est la pression en pascal (Pa), F la force en newton (N) et S la surface en m².
Pour la suite des explications, on supposera que nous sommes à pression atmosphérique normale (au niveau de la mer à 15°C). La pression vaudra donc P = 1013,25 hPa = 101325 Pa
Nous allons donc rechercher dans un premier temps la force exercée sur 1 cm² de notre corps. Pour cela nous allons réécrire notre formule précédente en F = P x S
Puis convertir notre surface en m² : 1 cm² = 10⁻⁴ m²
Le calcul nous donne donc : F = 102325 x 10⁻⁴ = 10,2325 N soit environ 10 N. L’air exerce donc une force de 10 N par cm².
La main d’un enfant de 8 ans a une surface d’environ 80 cm². La force pressante de l’air y sera donc 80 fois plus grande soit : 800 N.
Mais nous avons dit que nous cherchions à comparer la force pressante de l’air au poids. Il nous faut donc la formule du poids (qui est aussi une force rappelons-le).
Calcul de la masse équivalente
Le poids est le produit de l’intensité de la pesanteur (g) par la masse du corps étudié (m). On note donc P = m x g où P est le poids en newton (N), m est la masse en kg et g l’intensité de la pesanteur en newton par kilogramme (N/kg).
Rappelons que l’intensité de la pesanteur dépend du lieu où nous nous trouvons. Ainsi sur Terre elle vaut : g = 9,81 N/kg alors que sur la Lune elle vaut : g = 1,62 N/kg soit 6 fois moins ! Ce qui veut dire que nous sommes 6 fois moins attiré au sol sur la Lune que sur Terre.
Mais revenons à nos moutons. Nous cherchons à trouver la masse équivalente pour une force de 800 N. Nous recherchons l’inconnu m. Reprenons notre formule P = m x g et écrivons-la différemment : m = P / g.
Pour comparer le poids à la force pressante de l’air, nous allons dire que F = P = 800 N (valeur trouvée au paragraphe précédent).
Remplaçons maintenant la formule m = P / g par les valeurs que nous avons. Ça nous donne : m = 800 / 9,81 = 81 kg.
Vu que nous faisons pas mal d’approximations dans nos calculs, nous allons arrondir ce résultat à 80 kg.
Nous avons donc trouvé que pour exercer une force de 80 N sur une main, il faudrait poser une masse de 80 kg. En gros il faudrait que l’enfant porte un adulte avec une seule main.
Vaporisation de l'eau
Dans la molécule d’eau, l’oxygène est plus électronégatif que l’hydrogène. Les électrons des couches covalentes sont donc davantage attirés par l’atome d’oxygène. Il y a donc un déplacement de ces électrons vers l’atome d’oxygène. La molécule d’eau est donc polarisée. Les atomes d’hydrogènes deviennent un peu positifs et l’atome d’oxygène un peu négatif.
Lorsque l’on chauffe de l’eau, on apporte l’énergie nécessaire pour casser ces liaisons hydrogène. Les molécules peuvent alors s’écarter davantage les unes des autres ce qui permet de passer à l’état gazeux. À l’état gazeux, les molécules possèdent beaucoup plus d’énergie qu’à l’état liquide et sont en perpétuel mouvement, ce qui explique entre autre l’expansion des gaz.
