3B Scientific Magdeburg Plates - Manual (Page 8)

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3. Principe du fonctionnement
La Terre est enveloppée dans de l’air, l’atmosphère.
Comme toutes les autres substances, les molécules d’air
subissent l’attraction terrestre et se concentrent pour
cette raison à la surface de la Terre. La pression atmos-
phérique exercée par la masse d’air est la plus impor-
tante au niveau de la mer et diminue au fur et à me-
sure qu’on s’en éloigne. Comme les liquides, la pres-
sion d’air exerce une action uniforme sur tous les cô-
tés d’un corps. Dans un corps ouvert, il y a toujours un
contrepoids entre la pression intérieure et extérieure.
Si la pression intérieure est inférieure à la pression
extérieure, on peut rétablir l’équilibre en laissant pé-
nétrer de l’air. Dans le cas inverse, si la pression inté-
rieure est supérieure à la pression extérieure, on ob-
serve la même tendance lorsque de la masse s’échappe.
Dans un corps fermé, la force résultant de la différence
entre les pressions intérieure et extérieure est, dans le
premier cas, orientée vers la surface du corps et la com-
primera et, dans le second cas, vers l’extérieur, avec
tendance à l’explosion.
Le physicien et bourgmestre de Magdebourg Otto von
Guericke fut le premier à démontrer l’effet de la pres-
sion atmosphérique de l’air. Vers 1650, il commença
ses expériences sur le vide, dont la plus spectaculaire
fut celle de 1654 à Regensbourg sous les yeux de l’Em-
pereur Ferdinand III : les hémisphères de Magdebourg.
Von Guericke fit le vide entre deux hémisphères en
cuivre d’un diamètre de 42 cm, l’étanchéité étant as-
surée par une courroie en cuir imbibée d’huile et de
cire. L’air comprima les hémisphères avec une telle
force qu’il fut impossible même à 16 chevaux de les
séparer.
4. Manipulation
4.1 Démonstration de l’effet de la pression
atmosphérique
• Avant de réaliser l’expérience, vérifier le bon état
de l’anneau d’étanchéité en caoutchouc et des
plaques.
• Raccorder le tuyau entre la pompe manuelle 8
et la plaque de Magdebourg 3 , comme le mon-
tre la figure 1.
•
Enficher les raccords l’un dans l’autre et appuyer
légèrement dessus tout en les tournant.
• Placer l’anneau en caoutchouc souhaité sur la
plaque et presser les deux plaques l’une contre
l’autre.
• Avec un anneau d’un petit diamètre, il est plus
facile de séparer les plaques. Une comparaison,
au cours de laquelle on utilise successivement les
deux anneaux en caoutchouc, démontre le rap-
port entre la force et la surface.
• Une seconde personne se charge de faire le vide
avec la pompe manuelle.
•
Après quelques pompages, la majeure partie de
l’air entre les plaques est évacuée.
• Démontrer l’action de la pression atmosphérique
en tirant sur les deux hémisphères.
•
Desserrer le raccord de la plaque de Magdebourg
pour ventiler le dispositif.
Fig. 1
4.2 Mesure quantitative
4.2.1 Détermination approximative de la pression
atmosphérique
•
Assembler les appareils comme pour l’expérience
au point 4.1.
• Evacuer l’air entre les plaques.
• La personne tenant les plaques de Magdebourg
se place sur une balance de salle de bain et ob-
serve la graduation, tandis que la seconde per-
sonne essaie de séparer les plaques en tirant des-
sus vers le bas.
•
Noter la valeur de la balance lorsque les plaques
sont séparées.
• Se servir de la formule suivante :
pression = force / surface
•
Pour déterminer la force à partir de la valeur de
la balance, soustraire le poids des plaques du
poids du corps. Pour convertir en Newton la va-
leur en kg, multiplier par 9,8.
•
La force qui comprime les plaques correspond à
la force que la pression de l’air exerce sur la sur-
face limitée par l’anneau en caoutchouc. Aussi,
pour déterminer la surface, calculer le diamètre
moyen de l’anneau et convertir la valeur en m².
•
1 N/m² correspond à 1 Pa. Comme les valeurs cal-
culées peuvent être très importantes, il est recom-
mandé de convertir le résultat en kPa.
•
Il est conseillé d’effectuer une comparaison avec la
pression d’air réelle mesurée avec un baromètre.
•
Discuter des sources d’erreurs avec les élèves (par
ex. imprécision de la balance et lors de la lecture,
séparation pas tout à fait verticale des plaques,
résidu d’air entre les plaques).
Articles complémentaires nécessaires :
1 balance de salle de bain
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