C’est l’histoire du kilo de plumes et du kilo de plomb jetés simultanément de la fenêtre du sixième étage. Lequel arrive en premier en bas ? Non, ils n’arrivent pas en même temps parce qu’ils pèsent autant l’un que l’autre, c’est une bêtise de cours de récré! Le kilo de plumes occupe naturellement un volume bien supérieur au kilo de plomb. Aussi la surface de contact du kilo de plumes avec l’air et, par conséquent, la résistance qu’il rencontre pendant sa chute sont- elles plus importantes que pour le kilo de plomb.
Voyage entre Plumes et Plomb : Comprendre la Chute
Un gros coussin d’un kilo tout en plumes arrivera nettement moins vite en bas de l’immeuble que le petit poids en plomb. Pour l’air chaud et l’air froid : même chose. Considérons que l’air chaud est fait de plumes, et l’air froid, de plomb. Le premier est en effet moins dense que le second, et donc… plus léger. De facto, il monte, pour se placer au-dessus de l’air froid, plus lourd. Si l’air chaud semble plus léger, c’est parce que dans un volume donné, par exemple, un mètre cube d’air chaud, on trouve moins de molécules d’azote (78 % de l’air), d’oxygène (21 %) et de gaz rares (1 %) que dans un mètre cube d’air froid, car les molécules y sont plus agitées! C’est pour cette même raison qu’un ballon de baudruche, ou encore un bateau pneumatique, se tendent à en craquer en plein soleil, et se ratatinent quand il fait bien frais, la nuit… alors qu’ils sont fermés hermétiquement. L’air chaud, expansionniste, contient moins de molécules dans un volume donné que le même air froid…
La Différence de Poids Impacte la Vitesse de Chute
Imaginez deux objets, un kilo de plumes et un kilo de plomb, jetés simultanément d’une fenêtre du sixième étage. Logiquement, on pourrait penser qu’ils arriveraient en bas en même temps, car ils pèsent autant l’un que l’autre. Cependant, ce n’est pas le cas. La raison derrière cette apparente énigme réside dans la densité des matériaux. Le kilo de plumes occupe naturellement un volume bien supérieur au kilo de plomb, ce qui a un impact direct sur leur chute.
Lors de la descente, le kilo de plumes rencontre une résistance plus importante de l’air en raison de sa surface de contact plus grande, ce qui le ralentit considérablement par rapport au kilo de plomb, qui glisse plus rapidement vers le sol.
L’Air Chaud et l’Air Froid : Une Comparaison Étonnante
Les lois qui régissent la chute des objets s’appliquent également à l’air. Considérons maintenant l’air chaud comme étant composé de « plumes » et l’air froid de « plomb ». En réalité, l’air chaud est moins dense que l’air froid, ce qui le rend plus léger. Par conséquent, il a tendance à monter et à se placer au-dessus de l’air froid, qui est plus lourd.
La différence de densité s’explique par le nombre de molécules présentes dans un volume donné. Par exemple, un mètre cube d’air chaud contient moins de molécules d’azote, d’oxygène et de gaz rares que le même volume d’air froid, car les molécules dans l’air chaud sont plus agitées. Cette distinction de densité a des conséquences sur divers phénomènes, notamment sur le comportement des ballons de baudruche et des bateaux pneumatiques.
Les Phénomènes des Ballons et Bateaux Pneumatiques Expliqués
Si vous avez déjà observé un ballon de baudruche ou un bateau pneumatique, vous avez peut-être remarqué qu’ils se tendent à en craquer en plein soleil, mais se ratatinent lorsqu’il fait frais, même s’ils sont fermés hermétiquement. La raison derrière cela réside dans la nature de l’air contenu à l’intérieur.
L’air chaud, expansionniste, contient moins de molécules dans un volume donné que l’air froid. Par conséquent, lorsque ces objets sont exposés à la chaleur, l’air à l’intérieur se dilate, exerçant une pression accrue sur les parois. En revanche, lorsqu’il fait froid, l’air se contracte, ce qui provoque le ratatinement de ces objets, même s’ils sont scellés hermétiquement.
L’article ci-dessus explique comment la différence de poids affecte la vitesse de chute des objets et comment cela s’applique également à l’air chaud et à l’air froid. Il explore également les phénomènes liés à la dilatation de l’air dans des objets comme les ballons de baudruche et les bateaux pneumatiques en fonction de la température.