Les ballons à air chaud

Dans le cadre de notre TPE, nous devions réaliser une expérience. Nous avons choisi d’en réaliser deux. L’expérience suivante montre comment vol un ballon à air chaud.

Sources : figures issues de la bibliothèque de figure fournie avec le logiciel pages

Les deux ballons on un volume d’air identique. Celui avec de l’air chaud monte car les molecules d’un gaz s’écarte quand la température augmente. Sa masse est donc inférieur a celle du ballon a air froid

Les ballons à air chauds volent grâce à la différence de masse entra l’air froid et l’air chaud. En effet, lorsque l’air est froid, les molécules sont plus rapprochés que dans l’air chaud. On peut donc en conclure qu’a volume identique, l’air chaud possède une masse inférieur a celle de l’air froid. Il va donc monter au dessus de l’air froid. Dans un ballon à air chaud, on brule un gaz dans une enveloppe en toile, Le gaz étant prisonnier de celle-ci, il l’a fait monter. Si l’on laisse l’air se refroidir, le ballon redescendra.

Notres Experience

Pour réaliser notre experience, nous allons utiliser un lampion fermés en son sommet avec une bougie à l’intérieur. Cette bougie utilisera l’oxygène contenue dans l’air ambiant comme carburant. La combustion créera donc des gaz chauds retenu dans le lampion, et le ferra s’élever.

voici un schema de l’experience 

 

 

Comment l’avion vol?

Dans le cadre de notre TPE, nous devions réaliser une expérience. Nous avons choisi d’en réaliser deux. Celle-ci consiste à présenter pourquoi et comment vol un avion, grace à une maquette de profile d’aile.

Un avion grace à ces ailes. Et plus particulièrement grace a leur forme. En effet, le profil d’une aile d’avion et toujours semblable : La partie supérieure nommée l’extrados possède une forme concave. La partie inférieur nommée intrados est plane voire convexe ou légèrement bombé. On imagine maintenant deux molécules d’air cote à cote. Ces deux molécules sont séparé par au niveau du bord d’attaque (partie avant d’un profile d’aile), l’une passe par l’intrados et l’autre par l’extrados. Ces deux molécules arriverons en même temps au bords de fuite (partie arrière de l’aile). Or, la distance que doit parcourir la molécule d’air passant par l’extrados est supérieure à celle de l’intrados. La molécule doit donc accélérer.

En accélérant, cette molécule va créer un “effet Venturi”, c’est dire quelle va créer une dépression. Et c’est cette différence de pression, une dépression sur l’extrados, trois fis plus importante que la surpression présente sur l’intrados qui est à l’origine de la force de portance, qui permet à notre avion de voler. Cette force est toujours perpendiculaire à l’aile. L’aile doit cependant ce déplacer à une vitesse minimale dans l’air, afin que les flux d’air puisses s’accrocher à l’aile, sous peine de “décrocher”.

On peut donc dire que l’avion vol à 75% grace à une dépression et 25% grace à une surpression.

Source : Wikipédia ; NB : la flèche rouge représentant la portance à été ajoutée à l'image de base

Schema d’un profil d’aile, avec ces différentes parties et les forces agitant dessus (VR représente le vent, relatif, soit un flux d’air)

Notre model

Notre model consiste en une aile, fixé sur des axes et orienté face à un ventilateur. L’aile est en papier carton et mesure environ 20cm. Des fils de nylon sont accroché sur l’aile afin de mettre en évidence le moment ou le flux d’air commence à s’accrocher sur l’aile Le ventilateur, permet de simuler une vitesse relative dans l’air à l’aile. On augmente la vitesse de rotation de l’hélice du ventilateur jusqu’à ce que l’aile décolle, et on la fait varier pour montrer que l’aile monte en fonction de la vitesse.

voici un schéma

 

Voici un GIF du fonctionnement du dispositif en fonctionnement