Leçon 4 : Comment se comportent deux vases communiquants ?

Conseils pour la présentation de la leçon 4

«Voici un tube en U ; il forme avec ses deux branches deux vases qui communiquent.

Je verse de l’eau dans l’une des branches du tube ,...»

Si l’on verse le liquide dans une branche du tube en U, comment l’eau va-t-elle se répartir ?

«L’eau qui est dans la partie horizontale du tube reste en équilibre, ne bouge plus,

parce qu’elle subit à droite et à gauche la même pression  - la pression atmosphérique - et une même hauteur d’eau. »

Nous venons de voir dans la leçon 3 que « l’air appuie fortement sur tout ce qu’il touche ». . Que se passe t-il lorsqu’il appuie sur un liquide ?

Les enfants sont questionnés sur la façon dont l’eau va se répartir dans le tube si on la verse dans l’une des branches du tube. La réponse n’est pas toujours évidente pour les enfants.

L’expérience sera répétée en versant cette fois-ci l’eau dans l’autre branche du tube. À chaque fois l’eau se répartit dans les deux branches du tube de façon identique, à un même niveau.

L’idée d’horizontalité est une question qu’il faut aborder avec patience, elle nécessite le fait que les enfants abandonnent l’expression « toute droite » et exprime l’horizontalité en terme de « pareil comme la table, droit comme la table, comme le sol ». L’enseignant introduit les termes « horizontal, horizontalité » ; progressivement les enfants adopteront ce terme.

L’observation commentée, il convient maintenant de comprendre ce qui se passe. Nous savons que « l’air appuie fortement sur tout ce qu’il touche » (cette expression peut être remplacée par une expression choisie par les enfants « l’air appuie partout et dans tous les sens »). Les enfants expliquent alors que l’air appuie sur l’eau à chaque ouverture du tube de la même façon, l’eau est donc au même niveau dans chaque branche du tube.

Et si l’on penche le tube en U ?

Il n’est pas évident pour les enfants de constater que l’eau est au même niveau dans les deux branches du tube. Une règle tenue horizontalement et l’utilisation d’un autre tube en U permettra plus aisément de constater que le niveau de l’eau est à la même « hauteur », au même niveau dans toutes les branches. L’explication se heurte bien souvent à cette idée que l’air appuie du haut vers le bas ; or, il appuie dans tous les sens : il appuie donc de la même manière de chaque côté du tube, l’eau se trouve ainsi au même niveau dans  chacune des branches du tube en U.

Le point de vue du scientifique