L'effet venturi - manip n°10

Lévitation d'une balle de ping-pong dans le courant d'air pulsé par un soufflant portatif.

Expérience n° : 10

Titre : L'effet venturi

Thème : Mécanique des fluides

Objet : Lévitation d'une balle grâce à l'effet Venturi

Niveau : tous

Auteur de la fiche : frederic.louradour@ircom.unilim.fr

Matériel :
- un souffant portatif, gonfleur de matelas pneumatique ou un appareil plus puissant servant à souffler ou aspirer les feuilles.
- un tuyau.
- un entonnoir.
- une balle de ping pong ou un petit ballon.

Protocole :
Première partie

- Fixer le tuyau au soufflant et l'entonnoir au tuyau.
- Tourner le montage avec l'entonnoir vers le haut.
- Placer la balle dans l'entonnoir.
- Allumer le soufflant.

Résultat : la balle lévite!

Seconde partie

- Eteindre le soufflant.
- Tourner le montage vers le bas.
- Placer la balle dans l'entonnoir.
- Allumer le souffleur.
- Lâcher la balle.

Résultat : la balle reste dans le creux de l'entonnoir au lieu de tomber au sol !

Le courannt d'air est dirigé vers le bas et pourtant la balle de ping-pong reste collée dans le creux de l'entonnoir. Cette expérience très étonnante est due à l'effet venturi.

Mesure de sécurité :
Aucune.

Commentaires :
Principe de l'effet Venturi :
La balle de ping-pong crée un obstacle pour l'air qui s'engouffre dans l'entonnoir. Pour contourner cet obstacle tout en conservant un débit d'air constant, la vitesse de l'air augmente au voisinnage de la balle ! La où la section offerte à l'air est faible la vitesse est grande. Par exemple sur le schéma ci-contre au voisinnage des points A et A' l'air doit se faufiler entre la balle de ping-pong et l'entonnoir, ce qui lui laisse peu de place. Ainsi l'air doit accélérer au voisinnage de A et A'. On montre que cette augmentation de vitesse entraîne une diminution de la pression locale à l'intérieur de l'air. Là où la vitesse augmente la pression diminue !! C'est la loi de
Bernoulli
.
Comme l'indique la figure ci-contre il y a donc une différence de pression entre le haut et le bas de la balle : les hautes pressions qui se trouvent sur la partie basse de la balle colle celle-ci dans le creux de l'entonnoir. Ainsi la balle de ping-pong reste au creux de l'entonnoir alors qu'on s'attendait à ce qu'elle soit expulsée par le soufle de l'air qui est dirigé vers le bas !!
La pression en B et B' est plus grande qu'en A et A' de telle sorte que la balle est poussée vers le haut ( ... alors que l'air circule vers le bas !!!!)

Expérience(s) voisine(s) :
-lévitation d'un ballon dans un fort courant d'air
Lévitation d'un petit ballon dans un fort courant d'air

Applications liées à l'expérience :
L'effet Venturi se manifeste à chaque fois qu'un écoulement d'air rapide rencontre un obstacle : c'est notamment le cas en aéronautique ou pour la F1.

Autre application liée à l'expérience :
On remarque que le dessus d'une aile d'avion est bombée alors que le dessous est plat. Donc l'air qui passe au-dessus va plus vite que l'air qui passe en-desous. Ceci crée une dépression sur le dessus et une surpression en dessous : ainsi l'avion est aspiré vers le haut. On parle de portance.

Autre application liée à l'expérience :
- effet Venturi dans une formule 1 : l'effet Venturi sert à coller la voiture au sol (on parle d'effet de sol), tout en évitant de présenter une trop grande résistance à la pénétration dans l'air de la voiture.

Autre application liée à l'expérience :
Les pales d'une éolienne sont entourées d'un anneau correspondant en fait à un Venturi ce qui permet de canaliser et d'amplifier la force du vent. Ainsi on peut obtenir un courant constant. Ceci permet d'augmenter la production énergétique.
Pales entourées d'un venturi

Autre application liée à l'expérience :
L'effet Venturi existe aussi naturellement dans les vallées et au sommet des montagnes. En effet, lorsque l'air recontre une vallée il accélère pour conserver le même débit. De même, l'air a tendance à s'écraser au sommet d'une montagne et donc à accélérer.
Certaines cheminées mettent à profit l'effet Venturi ce qui permet d'augmenter leur tirage.
Dans un autre domaine, la plupart des pistolets à peinture qui servent à projeter la peinture en fines goutelettes fonctionnent eux aussi sur le principe du Venturi.
Accélération de l'air au sommet d'une montage


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