C’est au 17e siècle que le ludion est inventé par Raffaello Magiotti pour illustrer sa théorie sur la résistance de l’eau à la compression. Aussi connu comme le diablotin de Descartes, le ludion est devenu le symbole de l’expérience scientifique ludique jusqu’à devenir un jouet pour enfants curieux.
L’expérience du ludion permet de démontrer quelques théories :
- la poussée d’Archimède
- le fait que l’eau, comme tous les liquides, est incompressible
- le fait que l’air, comme tous les gaz, est compressible
Bien choisir son matériel
La bouteille
Sélectionnez de préférence une bouteille plastique souple (jus de fruits, soda…) et lisse plutôt qu’une bouteille d’eau classique. Non seulement, les parois fines et sans relief faciliteront la pression mais aussi la visibilité.
Le ruban adhésif
Choisir un ruban adhésif transparent pour ne pas occulter la visibilité du jeu de l’air et de l’eau.
Le bouchon (ou capuchon)
Choisissez un bouchon (on dit aussi capuchon) transparent pour voir les effets de la pression à travers, ainsi que long et fin pour que le rétrécissement de l’air soit plus visible. En général les bouchons de feutres pour enfant s’y prêtent bien. Avec le ruban adhésif, obstruez une des deux ouvertures. A propos, savez-vous pourquoi tous les bouchons (ou presque) laissent passer l’air ? C’est tout simplement grâce à Monsieur Bic qui a décidé par mesure de sécurité d’éviter des étouffements en permettant de laisser passer l’air en cas d’ingestion accidentel.
Le trombone
Le trombone a un double avantage. Il permet de pouvoir s’accrocher au bouchon facilement et de s’attacher les uns les autres. Mais aussi de pouvoir réguler le poids plus facilement en le rajoutant ou l’enlevant un par un.
Explications
Quand on presse la bouteille, on augmente la pression de l’eau et de l’air présent dans le ludion. Etant donné que l’eau n’est pratiquement pas compressible, elle transmet la pression à l’air emprisonné dans le ludion qui se réduit et laisse la place au liquide. L’air et le ludion sont soumis à la même pression. Ce qui explique le Théorème de Pascal où “les variations de pression en un point se transmettent intégralement en tous les points de ce fluide”.
En pressant la bouteille, l’air comprimé du ludion occupe un volume plus petit, le volume d’eau déplacé est donc plus petit aussi et la Poussée d’Archimède diminue. Le ludion coule. En relâchant la bouteille, la pression diminue, l’air dans le ludion reprend son volume initial et la Poussée d’Archimède augmente. Le ludion flotte à nouveau.
Cette expérience permet aussi d’illustrer en partie la Loi de Boyle et Mariotte avec la constante entre l’augmentation de la pression et la diminution du volume et vice-versa. Toutefois, d’autres démonstrations seront plus complètes en présentant la valeur de la pression exercée.
Variante
Si vous ne trouvez pas de bouchon adéquat, allez faire un tour dans un fast-food et conservez précieusement un sachet de sauce. Ce sachet aura l’avantage d’avoir un certain poids (la sauce) ayant un rapport idéal à son volume. Une fois immergé dans l’eau, il flottera et pourra vous servir de ludion prêt à l’emploi ! Le fait de comprimer la bouteille va réduire le volume du sachet. La pression augmente et le volume se réduit, sans que le poids ne change. Le ludion coule. En relâchant la bouteille, la pression diminue et le sachet reprend son volume initial pour flotter à nouveau.
A l’aide d’une pompe à ballon (avec donc une aiguille au bout), percez le bouchon de votre bouteille. En actionnant la pompe, vous enverrez un nouveau volume d’air dans la bouteille et augmenterez par là même la pression contenue qui sera répercutée sur l’eau. A votre avis, que fera le ludion ?…
