Leçon 3 : Qu'est-ce que la pression de l'air ?

Conseils pour la présentation de la leçon 3

« L’air à l'intérieur et l’air à l’extérieur de la cloche presse avec la même force

 des deux côtés. Qu’arrive-t-il si on retire de l’air de la cloche ?»

Si l’on retire l’air autour du ballon placé sous la cloche, que va-t-il se passer ?

«L’air appuie fortement sur tout ce qu’il touche. »

Un rappel des deux leçons précédentes va introduire cette troisième leçon :

-          la leçon 1 a permis de découvrir que l’enceinte contient de l’air même si celle-ci semble ne rien contenir,

-           l’observation faite en fin de leçon 2 pose la question de la pression de l’air.

Cette découverte demande une approche rigoureuse ; l’enseignant ou le médiateur scientifique évoque la situation en termes d’équilibre ou de déséquilibre :

-          lorsque l’enceinte est ouverte ; l’air qui est à l’intérieur appuie de toutes parts sur les parois intérieures de l’enceinte ; de même l’air qui entoure l’enceinte à l’extérieur appuie en tous points sur l’extérieur de l’enceinte,

-          si l’on ferme l’enceinte : l’air « prisonnier » à l’intérieur de l’enceinte appuie sur les parois intérieures de l’enceinte et sur l’intérieur du couvercle. Il est possible de soulever le couvercle : l’air appuie de la même manière à l’intérieur et à l’extérieur de l’enceinte ; il y a équilibre entre l’intérieur et l’extérieur.

-          si l’on vide maintenant l’enceinte de son air, il n’y a plus d’air à l’intérieur : l’air n’appuie plus ni sur les parois intérieures de l’enceinte ni sur l’intérieur du couvercle ; par contre l’air à  l’extérieur de l’enceinte appuie de toutes parts « au-dessus, au-dessous, sur les côtés » et l’on constate que l’on ne peut pas ouvrir l’enceinte. Il y a déséquilibre : l’air appuie fortement de l’extérieur empêchant l’ouverture de l’enceinte.

Il est important de préciser que l’air appuie de toutes parts. Bien souvent les enfants pensent que l’air appuie seulement de haut en bas, comme s’il était soumis à la force de gravité.

Plaçons maintenant un ballon à l’intérieur de l’enceinte et faisons le vide. Il conviendra d’interroger les enfants sur ce qui va se passer : le ballon va-t-il se gonfler ? Se dégonfler ? Ne pas changer de forme ? La réponse n’est pas évidente, l’explication s’appuie sur une situation nouvelle :

1.      le ballon, placé dans l’enceinte, est tout d’abord dans l’air :

a.       l’air qui est dans l’enceinte appuie en tous points sur le ballon ;

b.      l’air qui est à l’intérieur du ballon légèrement gonflé appuie lui aussi de toutes parts : il y a équilibre. « Dans le ballon l’air prend toute la place. »

2.      Le ballon se trouve dans l’enceinte « vidée de son air » :

a.       Il n’y a plus d’air dans l’enceinte, l’air n’appuie plus sur le ballon,

b.      L’air qui est dans le ballon appuie sur celui-ci, l’air est un gaz qui prend toute la place qui lui est donnée, c’est l’une de ses propriétés, le ballon se gonfle. Il y a déséquilibre.

Les enfants les plus jeunes : 8 / 9 ans expliquent plus facilement que l’air appuie sur le ballon. La manipulation montre le ballon dans l’enceinte « vidée de son air », lorsque l’on fait entrer l’air dans l’enceinte, le ballon « rapetisse », l’air appuie sur le ballon.

Le point de vue du scientifique