Bien que nous y pensions rarement, l’air nous entoure à tout moment et exerce une force sur chaque centimètre de notre corps. Cette force, connue sous le nom de pression atmosphérique, est l’un des sujets les plus importants en sciences, car elle explique les phénomènes météorologiques, la façon dont les avions volent et une variété d’autres merveilles. Au cas où vous auriez l’intention d’enseigner la pression de l’air aux enfants, nous vous fournissons une explication des bases et quelques expériences simples, amusantes et engageantes pour démontrer la puissance de ce phénomène naturel.

Qu’est-ce que la pression de l’air ?

Le terme « pression de l’air » est utilisé en référence au poids des molécules d’air qui appuient sur la terre. Au niveau de la mer, la pression atmosphérique est généralement de 14,7 psi (livres par pouce carré), ce qui signifie que 14,7 livres exercent une pression sur chaque pouce carré de notre corps. La raison pour laquelle nous pouvons encore bouger librement notre corps est que l’air exerce une pression sur nous dans toutes les directions, et la raison pour laquelle nous ne sommes pas écrasés est que la pression de l’air à l’intérieur de notre corps est la même.La pression de l’air est déterminée par les trois facteurs suivants :

• Température : Lorsque l’air se réchauffe, il se dilate. Cette expansion entraîne une diminution de la densité de l’air, ce qui entraîne une baisse de la pression. Lorsque l’air se refroidit, en revanche, il se rétracte. Cette contraction fait que l’air devient plus dense, ce qui entraîne une pression plus élevée. Ce phénomène explique pourquoi les zones proches de l’équateur, qui sont chaudes, ont généralement une faible pression atmosphérique, et les zones proches des pôles Nord et Sud, qui sont froides, ont une pression atmosphérique élevée.
• Altitude : Plus vous êtes élevé au-dessus du niveau de la mer, moins l’air est dense. Comme l’air moins dense pèse moins, il produit une pression atmosphérique plus faible, ce qui explique pourquoi il peut être difficile de respirer au sommet d’une haute montagne. Cela explique également pourquoi vos oreilles se débouchent lorsque vous montez ou descendez une montagne en voiture : l’air est emprisonné dans votre oreille interne et, lorsque la pression atmosphérique extérieure diminue, l’air emprisonné dans votre oreille pousse les tympans vers l’extérieur. Cette expansion est à l’origine du « pop ».
• Humidité : La quantité d’humidité dans l’air affecte également la densité de l’air et, par conséquent, la pression atmosphérique. La vapeur d’eau est un gaz léger par rapport aux gaz qui composent l’atmosphère, c’est-à-dire principalement l’oxygène et l’azote. Ainsi, lorsque l’humidité dans l’atmosphère augmente, la quantité d’azote et d’oxygène diminue par unité de volume, ce qui entraîne une diminution de la densité de l’air.

Les différences de pression atmosphérique provoquent des mouvements

L’un des aspects les plus intéressants de la pression atmosphérique est que lorsqu’une poche de pression atmosphérique est modifiée, les choses commencent à bouger. Cette différence de pression qui crée le mouvement est ce qui provoque le vent, les tornades et de nombreux autres phénomènes météorologiques.

Lorsque vous discutez du mouvement de l’air, gardez à l’esprit que les scientifiques parlent en termes de pression plus élevée qui « pousse » les choses, et non de pression plus faible qui « tire » les choses.

Comment mesurer la pression atmosphérique

La pression atmosphérique est couramment mesurée à l’aide d’un baromètre à mercure. Un baromètre à mercure contient une colonne remplie de mercure, et plus la pression atmosphérique est élevée, plus la colonne de mercure sera haute. En mesurant la hauteur de la colonne, vous pouvez déterminer la pression atmosphérique.

De nos jours, il est plus courant d’utiliser un baromètre numérique, qui est portable et plus précis que le type traditionnel. Cet appareil utilise un condensateur électrique pour mesurer la pression atmosphérique.

Pression atmosphérique et météo

Les zones de basse pression sont généralement associées au mauvais temps. Si une zone a une faible pression atmosphérique, l’air des zones voisines, qui ont une pression atmosphérique plus élevée, va s’y déplacer. Ce changement, à son tour, entraînera l’air vers le haut, car il n’a nulle part où aller. Lorsque l’air se déplace vers le haut, la vapeur d’eau se condense, ce qui entraîne la formation de nuages et de pluie.

Les zones à haute pression, d’autre part, sont généralement associées au beau temps. Dans les zones de haute pression, l’air de basse altitude va s’étendre vers l’extérieur, permettant à l’air situé au-dessus de descendre. Ce mouvement descendant réchauffe l’air, provoquant l’évaporation et conduisant à un temps agréable et sec.

Pression de l’air et expériences scientifiques

Voici 10 expériences simples sur la pression de l’air pour les enfants qui peuvent les aider à mieux comprendre ses effets.

Expérience de tornade intérieure

Cette expérience vous permettra de créer une tornade dans une bouteille. Vous aurez besoin de :

• De l’eau
• Un pot de mayonnaise transparent
• Du savon à vaisselle liquide
• Du colorant alimentaire
• Du vinaigre

Pour réaliser l’expérience, effectuez les étapes ci-dessous :

1. Versez de l’eau dans votre pot jusqu’à ce qu’il soit à peu près rempli aux deux tiers. Ensuite, ajoutez plusieurs gouttes de colorant alimentaire à l’eau. N’importe quelle couleur convient.
2. Ajoutez une cuillère à café de votre savon à vaisselle liquide et une cuillère à café de vinaigre.
3. Mettez le couvercle sur le bocal. Assurez-vous qu’il est aussi serré que possible pour éviter les fuites et les dégâts importants.
4. Bousculez le bocal, puis donnez-lui une torsion pour que le liquide à l’intérieur commence à tourner.

Ce que vous observerez est un petit tourbillon qui ressemble à une tornade.

Expérience de l’eau impossible à remplir

Dans certaines situations, la pression de l’air est plus forte que la gravité. Cette expérience démontre la force de la pression de l’air car elle maintient l’eau en place dans un verre – même lorsque le verre est retourné.

Cette expérience nécessite :

• Un verre à jus
• De l’eau
• Une fiche (4 x 6 pouces)

Les étapes sont les suivantes :

1. Remplissez votre verre d’eau jusqu’en haut. Laissez l’eau déborder de façon à ce que le rebord du verre soit mouillé.
2. Placez la carte d’index sur le verre plein. Utilisez votre main pour appuyer fermement sur la carte, créant ainsi un bon joint autour de la lèvre humide du verre.
3. Tandis que vous travaillez au-dessus d’un évier ou d’une baignoire, tenez votre carte en place avec une main et retournez le verre. Ensuite, lâchez la carte avec précaution. Elle ne bougera pas et l’eau restera à l’intérieur du verre.

Cette expérience démontre que la force que la pression de l’air exerce sur la carte d’index est encore plus forte que la force de gravité exercée sur l’eau dans le verre. La pression de l’air empêche la carte de bouger.

Expérience du soufflage de livres

L’expérience du soufflage de livres démontre la puissance de l’air comprimé.

Pour ce projet, vous aurez besoin :

• Trois livres
• Un grand sac en plastique hermétique

Pour réaliser cette expérience, suivez ces quatre étapes :

1. Pilez trois livres les uns sur les autres.
2. Demandez à l’élève de déplacer les livres en soufflant dans leur direction. Bien sûr, ils n’y arriveront pas.
3. Placez le sac en plastique sur votre table, puis placez les trois livres par-dessus. L’extrémité ouverte du sac doit dépasser le bord de la table.
4. Montrez que si vous soufflez avec suffisamment de force, les livres commenceront à s’élever de la table. C’est l’air comprimé dans le sac qui provoque le mouvement.

Expérience de la canette écrasée

Cette expérience consiste à utiliser la puissance de la pression de l’air pour écraser une canette. Vous aurez besoin de :

• De l’eau
• Un grand récipient
• Des cubes de glace
• Une tasse à mesurer
• Une canette de soda vide
• Un réchaud
• Des maniques ou des pinces

Une fois que vous avez acquis le matériel, suivez les étapes ci-dessous :

1. Remplir le récipient de glaçons et d’eau. Mettez ce récipient sur le côté pour pouvoir l’utiliser plus tard.
2. Versez 1/2 tasse d’eau dans votre canette de soda vide.
3. Mettez la canette sur le brûleur de la cuisinière. Si votre élève effectue cette étape, assurez-vous de le superviser.
4. Lorsque la vapeur commence à sortir du trou au sommet, vous saurez que l’eau à l’intérieur commence à bouillir. Éteignez la cuisinière et utilisez les maniques ou les pinces pour retirer la canette du brûleur.
5. Placez rapidement la canette dans le récipient avec l’eau glacée en la retournant et en la reposant sur son dessus. Vous pouvez maintenant observer la canette s’effondrer en se refroidissant.

Dans cette expérience, lorsque l’eau a été chauffée dans la canette, de la vapeur a été produite, ce qui a poussé l’air hors de la canette. Ensuite, lorsque la canette a été immergée dans l’eau glacée, la température de la vapeur a baissé, ce qui a provoqué sa re-condensation en eau. Ce changement, à son tour, a fait que la pression de l’air à l’intérieur de la canette était beaucoup plus faible que la pression de l’air à l’extérieur, et le poids de l’air à l’extérieur a écrasé la canette.

Expérience de l’œuf magique

Cette expérience consiste à utiliser la force de la pression de l’air pour pousser un œuf à travers le goulot d’une bouteille. Rassemblez le matériel suivant pour réaliser cette expérience :

• Un œuf dur
• Une bouteille avec un goulot assez large pour que l’œuf dur puisse s’y glisser
• Une allumette

Cette expérience comporte les étapes suivantes :

1. Enlevez la coquille de votre œuf dur.
2. Allumez l’allumette et lancez-la dans la bouteille.
3. Déposez l’œuf pelé sur le goulot de la bouteille, avec la petite extrémité de l’œuf vers le bas. L’œuf va alors éclater dans la bouteille.

Lorsque l’air de la bouteille est consommé par la flamme de l’allumette allumée, cela fait que la pression de l’air dans la bouteille devient inférieure à celle de l’extérieur de la bouteille. La pression d’air plus élevée à l’extérieur exerce une force sur l’œuf, le poussant à l’intérieur de la bouteille.

Expérience du piston

Cette expérience simple ne nécessite que deux pistons propres et démodés en caoutchouc et bâton de bois. Pour réaliser l’expérience :

1. Coller les deux pistons ensemble. Il se peut que vous deviez d’abord mouiller les jantes.
2. Essayer de les séparer.

Réaliser la séparation est beaucoup plus difficile que ce que la plupart des enfants imaginent. Lorsque vous avez enfoncé les deux pistons ensemble, vous avez forcé l’air de la cavité que les intérieurs ont fait lorsqu’ils ont été poussés ensemble. Cet air étant expulsé, la pression de l’air à l’intérieur est beaucoup plus faible que celle de l’extérieur. Comme une pression d’air plus élevée pousse toujours, elle a maintenu les deux pistons ensemble.

Expérience de l’entonnoir de ping-pong

L’expérience de l’entonnoir de ping-pong consiste à avoir une balle de ping-pong dans le bol d’un entonnoir et à souffler à travers l’entonnoir. La balle, au lieu d’être emportée par le vent, est maintenue fermement dans le bol. Pour réaliser l’expérience, suivez deux étapes :

1. Insérez la balle de ping-pong dans l’entonnoir et soufflez fortement dessus. Essayez de basculer votre tête en arrière pour que l’extrémité avec la balle soit dirigée vers le plafond. Voyez si vous pouvez souffler assez fort pour que, lorsque vous inversez l’entonnoir, la balle ne s’envole pas.
2. Voyez si vous pouvez ramasser la balle sur la table.

Lorsque vous soufflez dans l’entonnoir, l’air où se trouve la balle se déplace plus rapidement et crée une pression d’air plus faible que le reste de l’air qui entoure la balle. Par conséquent, la pression de l’air sous la balle est inférieure à celle de l’air environnant, qui est une pression plus élevée. L’air à pression plus élevée repousse la balle dans le bol de l’entonnoir – quelle que soit la direction dans laquelle vous dirigez l’entonnoir.

Expérience du joint de la bouteille de fontaine

L’expérience du joint de la bouteille de fontaine démontre l’utilisation de la pression de l’air pour pousser l’eau à travers une paille. Rassemblez le matériel suivant :

• Une bouteille d’eau (2 litres)
• Un morceau d’argile
• Une longue paille
• De l’eau

Suivez ces trois étapes simples :

1. Remplir la bouteille d’eau à moitié.
2. Scellez la bouteille à l’aide du morceau d’argile enroulé autour de la paille de façon à ce que l’embouchure de la bouteille soit complètement fermée.
3. Soufflez dans la paille avec force. Vous remarquerez que l’eau commence à sortir de la paille.

Lorsque vous soufflez dans la bouteille, la pression de l’air à l’intérieur de la bouteille augmente, ce qui exerce une force sur l’eau, la forçant à monter dans la paille.

L’expérience du pari à un million de dollars

Pour cette expérience, vous aurez besoin :

• D’une bouteille d’eau ou de soda
• D’un morceau de papier

Pour réaliser l’expérience, suivez les étapes suivantes :

1. Posez la bouteille horizontalement sur une table.
2. Enroulez la boule de papier et collez-la dans l’embouchure de la bouteille. La boule doit faire à peu près la moitié de la taille de l’ouverture de la bouteille.
3. Défiez l’élève de souffler la liasse de papier dans la bouteille, en disant « Je te parie un million de dollars que tu ne peux pas souffler le papier dans la bouteille ! »

Ceux qui tentent l’expérience auront beaucoup de mal à faire entrer le papier dans la bouteille, car il n’y a aucun endroit où l’air qui est déjà à l’intérieur peut aller, sauf par l’embouchure de la bouteille, auquel cas il emporterait le papier avec lui.

Expérience des papiers volants

Pour l’expérience des papiers volants, tout ce dont vous avez besoin est une feuille de papier normale. Tenez la feuille contre votre lèvre inférieure, puis soufflez sur la feuille. Vous remarquerez que la feuille s’envole vers le haut ! Ce même phénomène explique comment les avions peuvent voler. En soufflant sur la feuille, vous diminuez la pression de l’air, car l’air se déplace plus rapidement. Comme la pression de l’air sur la face inférieure de la feuille est maintenant relativement plus élevée, elle pousse la feuille de papier vers le haut.

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