Aujourd’hui je vais vous présenter une petite expérience sympa et très simple à réaliser. Il s’agit d’un bateau sans moteur qui avance grâce à la tension superficielle. Pour commencer, je vais décrire le déroulement de l’expérience. Après cela je vais énoncer la définition de tension superficielle, puis expliquer le fonctionnement d’un point de vue scientifique. Et enfin, je vais vous donner une méthode pour pouvoir faire avancer une vrai maquette de bateau.
Expérience :
Je ne peux mettre de vidéo dans les articles, mais vous pouvez visionner la vidéo de l’expérience sur ce lien. Je vais donc essayer d’expliquer au mieux l’expérience. Pour commencer il faut prendre un patron de notre bateau, comme ci-dessous.
Je vous conseille d’utilisez du carton ou du plastique. Puis il faut mettre en assez grande quantité du savon sur la partie rouge. Attention de ne surtout pas mettre de savon sur la face en contact avec l’eau car cela pourrait fausser toute l’expérience. Après, il faut donc poser le le bateau sur l’eau (du robinet de préférence). Vous allez donc voir que le bateau avance tout seul.
Définition et explication :
L’interface est une surface de contact entre deux milieux différents. La création d’une interface entre deux milieux est toujours accompagnée d’une consommation d’énergie. Cette énergie de surface est égale à l’aire de la surface multipliée par une quantité appelé tension de surface ou encore tension superficielle. L’énergie de surface s’exprime en J/m².
Elle peut s’exprimer aussi comme une force par unité de longueur, en N/m.
On note l’énergie de surface :
Représentation schématique d’un ménisque dans un tube à essai
La tension superficielle est une force qui existe depuis la création d’une interface qui sépare deux milieux différents. Elle existe jusqu’à ce qu’il y n’ai plus d’interface. Elle explique de nombreux phénomènes telles que le fait que l’eau ne mouille pas le lotus, ou qu’une aiguille puisse flotter à la surface de l’eau.
Dans un liquide, les molécules exercent entre elles des forces d’attraction ou de répulsion. Ces forces sont nommées, la première force est nommée force de Van Der Waals, et la deuxième ; force électrostatique. Chaque molécule d’eau subit l’attraction de ses voisines proches. La résultante de ces forces est nulle à l’intérieur d’un liquide. Mais à la surface, ces forces ne s’annulent pas, en effet les molécules d’eau situées à la surface d’un liquide n’attirent pas l’air. La résultante à la surface est donc dirigée vers le bas. Ces forces sont équilibrées par les forces de pression qui entrainent les molécules sur chaque coté de l’interface. Les forces intermoléculaires sont à l’origine de l’énergie de surface.
Tableau de valeur de la tension superficielle pour certains liquides à une température de 20 °C
Cette définition est un petit peu compliqué mais je vais essayé de vous l’expliquer avec mes mots. En fait, une sorte de film se forme à la surface de l’eau. C’est donc pour cela que le bateau peut flotter au lieu de couler. C’est cette tension superficielle qu’utilisent les Gerris, ces insectes à 4 pattes qui peuvent marcher sur l’eau. Le liquide vaisselle est un savon, un tensioactif (un tensioactif est un composé qui modifie la tension superficielle entre deux réactif) . En somme, il va briser le film de la surface. Les bords du film brisé ne sont plus tendus et s’écartent. Pour le bateau c’est la même chose, sauf qu’il maintient la tension. Le film ne va donc s’écarter que vers l’arrière et le bateau semblera avancer sur l’eau.
Une vrai maquette ?
Je me suis amusé à fabriquer un petit bateau en bois et à le faire avancer. Cela à fonctionner. Je me suis donc mit en tête de fabriquer un vrai bateau en bois et de tester avec un « distributeur de savon ». Si vous aussi vous voulez en faire un, il est à noté que plus la surface de dépôt est large (en rouge sur le patron), plus votre bateau avancera vite.
M.C.I 3D 