Comment écraser une canette avec de l'air comprimé?

Renseignez-vous sur la pression atmosphérique. L'air autour de vous se presse contre vous et tout autre objet, avec une pression aussi élevée que 101 kPa (14,3 kg par pouce carré) lorsque vous êtes au niveau de la mer. Cela suffirait normalement à écraser une canette à elle seule, ou même une personne! Cela ne se produit pas parce que l'air à l'intérieur de la canette de soda (ou le matériau à l'intérieur de votre corps) pousse vers l'extérieur avec une pression égale, et parce que la pression de l'air "s'annule" en nous poussant dans toutes les directions de manière égale.

Découvrez ce qui se passe lorsque vous chauffez la canette d'eau. Lorsque l'eau dans la boîte bout, vous pouvez voir l'eau commencer à s'échapper sous forme de petites gouttelettes dans l'air ou de vapeur. Une partie de l'air contenu dans la boîte est expulsée lorsque cela se produit, pour faire de la place au nuage de gouttelettes d'eau en expansion.

• Bien que la canette perde une partie de l'air à l'intérieur, elle ne s'écrase pas encore, car la vapeur d'eau qui a pris la place de l'air pousse à la place de l'intérieur.
• En général, plus on chauffe un liquide ou un gaz, plus il se dilate. S'il s'agit d'un récipient fermé, il ne peut donc pas continuer à se dilater, il exerce plus de pression. C'est ce qu'on appelle la loi de Gay-Lussac.

Comprenez comment la boîte est écrasée. Lorsque la boîte est retournée dans l'eau glacée, la situation change de deux manières. Premièrement, la boîte n'est plus ouverte à l'air, car l'eau bloque l'ouverture. Deuxièmement, la vapeur d'eau à l'intérieur de la boîte se refroidit à nouveau rapidement. La vapeur d'eau rétrécit à nouveau jusqu'à son volume d'origine, la petite quantité d'eau au fond de la boîte. Soudain, la plupart de l'espace à l'intérieur de la boîte n'a plus rien du tout - même pas d'air! L'air qui a été pressé de l'extérieur de la boîte pendant tout ce temps n'a soudainement rien de l'autre côté pour lui résister, alors il écrase la boîte vers l'intérieur.

• L'espace qui n'a rien dedans s'appelle un vide.

Regardez attentivement la boîte pour découvrir un autre effet de l'expérience. L'apparition d'un vide ou d'un espace vide à l'intérieur de la boîte a un autre effet en plus de provoquer l'écrasement de la boîte. Observez attentivement la boîte pendant que vous la plongez dans l'eau, et encore pendant que vous la soulevez. Vous remarquerez peut-être qu'une petite quantité d'eau est aspirée dans la boîte, puis s'écoule à nouveau. C'est parce que la pression de l'eau pousse contre l'ouverture de la boîte, mais seulement assez fort pour remplir une petite partie de la boîte avant que l'aluminium ne soit écrasé.

Demandez aux élèves pourquoi la boîte a été écrasée. Voyez si les élèves ont des idées sur ce qui est arrivé à la boîte. N'affirmez ni n'infirmez aucune des réponses à ce stade. Reconnaissez chaque idée et demandez aux élèves d'expliquer leur processus de réflexion.

Aidez les élèves à trouver des variantes de l'expérience. Demandez aux élèves de proposer de nouvelles expériences pour tester leurs idées et demandez-leur ce qu'ils pensent qu'il se passera avant de mener la nouvelle expérience. S'ils ont du mal à trouver une nouvelle expérience, aidez-les. Voici quelques variantes qui peuvent être utiles:

• Si un élève pense que l'eau (et non la vapeur d'eau) à l'intérieur de la boîte est responsable de son écrasement, demandez aux élèves de remplir une boîte entière d'eau et de voir si elle est écrasée.
• Essayez la même expérience avec un conteneur plus robuste. Le matériau le plus lourd devrait prendre plus de temps à être broyé, ce qui donnera à l'eau glacée plus de temps pour se remplir.
• Essayez de laisser refroidir la boîte un court instant avant de la mettre dans le bain de glace. Cela se traduira par une plus grande quantité d'air dans la boîte et donc un écrasement moins sévère.