La pression de l'air, Daniel Bernoulli en a fait son affaire!

Science et
technologie

Contexte

Saviez-vous que beaucoup d'astronautes étaient des pilotes d'avion avant d'avoir été recrutés pour aller dans l'espace? C'est une compétence fort recherchée par les agences spatiales. Les pilotes savent tout des avions et des forces qui s'exercent sur ceux-ci. Une de ces forces, c'est la portance. Cette activité sur le théorème de Bernoulli vous permettra d'en apprendre davantage sur la portance.

C'est en 1738 que Daniel Bernoulli a établi le théorème qui porte son nom et qui est le suivant : dans le flux d'un fluide, comme un liquide ou un gaz, une accélération se produit simultanément avec la diminution de la pression. En d'autres mots, selon le théorème de Bernoulli, plus la vitesse d'un fluide est grande, plus la pression est petite.

Le principe de Bernoulli est utilisé dans le fonctionnement de l'aile d'un avion. C'est la différence de profil entre le dessus et le dessous de l'aile qui influence la vitesse de l'air, ce qui crée une différence de pression qui permettra la portance de l'avion1.

Sous l'aile, la vitesse de l'air ne subit aucune influence étant donné le profil plat de l'aile. À l'inverse, le profil bombé de l'autre côté de l'aile fait parcourir une plus grande distance à l'air, ce qui augmente sa vitesse. Cette augmentation de la vitesse crée une zone de basse pression.

Cette différence de pression (pression normale sous l'aile et basse pression au-dessus de l'aile) provoque une force vers le haut et crée la portance de l'avion. Cela s'applique aux ailes des avions, mais aussi aux ailes des oiseaux!

Ainsi, les différences de pression d'un fluide qui s'exercent sur un objet peuvent le faire bouger. Les expériences de cette activité permettent d'illustrer ce principe.

Cette activité a été développée par le Cosmodôme.

Description de la mission

Les participants sont invités à former de petits groupes pour réaliser, avec des objets de tous les jours, cinq expériences en lien avec le principe de Bernoulli. Ils doivent formuler une hypothèse avant de faire chacune des expériences et ensuite faire part de leurs réflexions sur les phénomènes qu'ils ont observés. (Voir la feuille des participants pour les détails.)

Déroulement

But

Découvrir et comprendre les éléments essentiels du théorème de Bernoulli et, par le fait même, en apprendre davantage sur la portance.

Objectif

À la fin de la mission, les participants devraient :

• connaitre et comprendre les fondements théoriques du théorème de Bernoulli;
• pouvoir faire des liens entre les forces qui entrent en jeu pour qu'un avion puisse voler et le théorème de Bernoulli;
• savoir en quoi consiste la démarche scientifique (formuler une hypothèse, réaliser l'expérience et tirer des conclusions).

Préparation de la mission

Matériel pour chaque équipe (de 3 ou 4 personnes)

• Feuille des participants (1)
• Sèche-cheveux avec buse (1)
• Balle de ping-pong  1)
• Canettes d'aluminium vides (2)
• Mètres de ficelle (2 X 1 m)
• Bâton de plastique (manche à balai) (1)
• Rouleau de papier hygiénique (1)
• Ballons de baudruche (de fête) (2)

Pour chaque membre d'équipe

• Paille (1)
• Une demie-feuille de papier 8 ½ × 11 po (1)

Pour les éducateurs

• Réponses : Télécharger le feuillet du participant (PDF, 513 ko).

Directives de la mission

1. Les participants forment des équipes de trois ou quatre.
2. En suivant la méthode scientifique, chaque équipe réalise les cinq expériences.
3. À la fin de chaque expérience, les participants font part de leurs réflexions sur ce qu'ils ont observé. (Voir le feuillet du participant.)