Il y a des découvertes qui ont révolutionné à jamais le cours de l’histoire: l’ampoule électrique, l’automobile, le vaccin… Certaines sont le fruit d’un long travail quand d’autres sont pur hasard. Il est tout à fait possible de découvrir par soi-même de nombreux procédés scientifiques. Réalisables chez soi et à la portée de tous, voici dix expériences scientifiques surprenantes qui vont vous en apprendre encore plus sur la magie de la chimie et de la physique !
1. Créer un électromoteur en deux minutes
Cette expérience met en évidence ce que l’on appelle la force électromagnétique qui donne cet effet de rotation une fois le moteur en marche.
Matériel : une pile (type AA 1,5 V) un aimant et du fil de cuivre.
Réalisation : superposez la pile (celle ci-doit être positionnée avec le + en haut) à l’aimant puis créez un cadre avec le fil de cuivre afin que celui-ci touche à la fois la partie positive et négative de la pile.
Instantanément vous allez voir le fil de cuivre tourner à une certaine vitesse. Vous avez réalisé un moteur ! Ce phénomène s’explique par le fait que l’aimant va générer un champ magnétique et le fil de cuivre qui touche les deux pôles de la pile va jouer le rôle de conducteur d’énergie. Ainsi le courant qui passe dans le champ magnétique génère une force que l’on appelle force électromagnétique. C’est cette force qui va permettre de faire tourner le fil et donner naissance à un mini-moteur.
2. La flamme froide ou comment réaliser du feu qui ne brûle pas
Le phénomène de flamme froide vous connaissez ? Dans cette expérience vous allez voir que l’alliance de deux produits seulement vont permettre d’isoler la flamme la rendant ainsi froide au toucher.
Matériel : du gel hydroalcoolique pour les mains, une assiette, un briquet ou allume-gaz.
Expérience à réaliser avec la présence d’un adulte pour garantir le maximum de sécurité. Prévoir une serviette humide et un bol d’eau à proximité.
Réalisation: Versez dans une assiette un peu de gel et éloignez le produit inflammable de la table. Veillez à ne pas porter de manche longue, d’échappe, s’attacher les cheveux…. Expérience à réaliser dans une pièce sombre afin d’en apprécier au mieux les effets.
Enflammez le produit, vous allez voir apparaitre une flamme très bleue. Vous pouvez toucher avec vos doigts une petite partie de la flamme et vous allez vous apercevoir que celle-ci ne brûle pas. Ce phénomène s’explique par le fait que le gel contient de l’eau et de l’éthanol qui est inflammable . Ainsi pendant que l’éthanol brûle, l’eau dans le gel protège les mains du feu c’est pourquoi on parle de flamme froide.
3. Une matière à deux états : le secret du fluide non Newtonien
Créer une matière à la fois solide et liquide c’est le phénomène de ce que l’on appelle le fluide non Newtonien. Plus simplement on distingue en sciences deux types de fluides : ceux dits newtoniens c’est à dire qu’ils répondent à la loi de Newton. Leur état reste le même peut importe la contrainte physique appliquée. C’est le cas de l’eau son état ne varie pas si on l’agite, si on la secoue violemment ou encore si l’on plonge délicatement notre main dedans. En revanche l’eau pourra être sensible à d’autres formes de contraintes comme un changement de température.
A l’opposé on trouve les fluides dits non newtoniens. Ils sont particuliers car leur viscosité dépend de la contrainte appliquée. C’est ce qui donne cet état à la fois duel du fluide qui peut passer de l’état solide à liquide en quelques secondes.
Matériel : de la fécule de pomme de terre (ou Maïzena), de l’eau, un récipient creux.
Réalisation: Mélangez un verre de fécule de Maïzena avec un tiers de verre d’eau jusqu’à obtenir une consistance similaire à de la crème. Ajustez les quantités suivant le volume que vous souhaitez réaliser.
Cette matière va avoir la particularité de se composer de deux états à la fois solide et liquide. En enfonçant doucement vos doigts dans la matière celle-ci reste liquide. En revanche en venant avec plus d’intensité traverser la matière, celle-ci sera alors dure comme de la pierre et impossible à traverser. Par exemple en prenant un marteau et en tapant sur ce fluide celui-ci devient rigide.
Variante : pour une expérience encore plus étonnante remplacez l’eau par du schweppes (qui contient de la quinine) et donc possède des propriétés fluorescentes une fois dans le noir.
4. De l’eau imperméable grâce au phénomène dit hydrophobe
On tous déjà observé la rosée du matin sur les feuilles d’une plante, des billes d’eau se forment sans que le liquide ne soit absorbé. Cela résulte du fait que les plantes ont naturellement une propriété dite hydrophobe c’est à dire que la substance ne se dissout pas dans l’eau et lui donne cet effet imperméable.
C’est exactement ce phénomène que l’on va reproduire ici grâce à l’association de deux matières : l’eau et la poudre de lycopode (plante vivace similaire à une fougère).
Matériel : un récipient suffisamment haut et transparent, de la poudre de lycopode que l’on peut se procurer en herboristerie ou en ligne.
Réalisation : versez de l’eau dans le récipient jusqu’en haut, recouvrir ensuite d’une couche de poudre de lycopode. La poudre va rester à la surface et venir créer une couche imperméable puisque le lycopode est immiscible à l’eau.
Essayez de plonger votre main dans l’eau celle-ci ressortira sèche ! En effet cette plante qui pousse notamment dans les environs des Landes et que l’on peut aussi trouver en Grande-Bretagne ou en Amérique du nord dispose d’une propriété imperméabilisante.
Le saviez-vous ? C’est aussi pour cette même propriété que le lycopode est utilisé dans le monde du spectacle notamment pour créer des effets pyrotechniques ou lors de la confection de feux d’artifice. On le surnom à cet effet le souffre végétal.
5. Créer du poivre magnétique
Le courant électrique est partout autour de nous mais il est rarement visible, avec cette expérience très simple découvrez la puissance de ce courant en parvenant à séparer des grains de sel et de poivre !
Matériel: une assiette, du sel , du poivre et un ballon de baudruche
Réalisation : versez dans une assiette une quantité conséquente de sel, y ajouter quelques grains de poivre moulu. En parallèle gonflez un ballon et créez de l’électricité statique en le frottant contre un vêtement, ou vos cheveux.
Approchez ensuite le ballon de l’assiette avec le phénomène magnétique tous les grains de poivre vont automatiquement être attirés et se coller au ballon pour se dissocier du sel. Cet effet s’explique par le fait que le ballon est chargé négativement il va donc attirer la charge positive du sel et du poivre. Seulement le poivre étant plus léger, il bénéficie d’une force d’attraction bien plus importante. C’est cette différence de poids associé au phénomène électrique qui crée cette séparation entre les grains de poivre et de sel.
6. Un nuage en bouteille
Quand la pression atmosphérique est mise à l’épreuve de la pression il y a un changement d’état qui provoque un nuage instantané !
Matériel : une bouteille en plastique, de l’alcool à 90 et une pompe à vélo ou compresseur.
Réalisation : versez un peu d’alcool dans la bouteille puis tournez la bouteille de sorte à ce que le liquide imprègne l’ensemble des parois. Percez un trou sur le bouchon de la bouteille afin de faire passer l’embout de la pompe. Pompez pour augmenter la pression à l’intérieur de la bouteille. Enfin retirez rapidement la pompe.
Vous allez observer la formation d’un nuage épais à l’intérieur de la bouteille. Cet effet s’explique par le fait que l’alcool associé à une augmentation de la pression fait monter la température et provoque un changement d’état donnant lieu à la formation d’un nuage. Ainsi en enlevant ou en remettant de la pression dans la bouteille on va passer instantanément de l’état gazeux à l’état liquide.
7. Un feu d’artifice dans un verre d’eau
Reproduire un feux d’article à échelle miniature c’est possible et de manière très simple.
Matériel : de l’eau tiède, des colorants alimentaires au moins de trois couleurs différentes, de l’huile végétale, deux récipients transparents (verre ou bocal).
Réalisation : remplissez au trois quart un verre d’eau avec de l’eau tiède. Dans le deuxième récipient versez un peu d’huile végétale et quatre gouttes des différents colorants. Mélangez afin d’émulsionner les différentes gouttelettes de couleurs. Enfin versez doucement l’huile et les colorants dans le verre d’eau tiède.
Cela va entrainer la dissolution des colorants dans l’eau mais pas dans l’huile car celle-ci est moins dense que l’eau. Ainsi les gouttes colorées vont tomber dans le fond formant progressivement un feu d’artifice.
8. Créer une lampe à lave
Back to the 60’s avec la réalisation d’une lampe à lave artisanale !
Matériel : un verre ou bocal, de l’eau, du colorant (rouge et jaune ), de l’huile végétale, un cachet effervescent.
Réalisation : versez de l’huile dans un verre jusqu’au trois quart, ajouter de l’eau, puis mettre du colorant (plusieurs gouttes). Enfin ajoutez un cachet à deux cachets effervescents. On constate que les bulles de lave remontent à la surface et redescendent ensuite. Lorsque le cachet effervescent rentre en contact avec l’eau, des bulles se forment et remontent à cause de l’huile et retombent en raison de leur masse.
Si vous ajoutez une lampe à led sous le verre vous obtenez une lampe à lave artisanale, effet rétro garanti !
9. Créer du givre : le phénomène de la surfusion
Comment créer du froid négatif et transformer l’eau en glace instantanément ?
Matériel : de l’eau préalablement placée au congélateur pendant 2 à 3 heures (elle ne doit pas être gelée mais seulement très froide), des glaçons, une assiette.
Réalisation : placez sur l’assiette plusieurs glaçons et y verser par dessus l’eau très froide. On peut observer la formation instantanée de stalagmites de glaces car l’eau passe de l’état liquide à solide.
Comment expliquer ce phénomène ? On sait que l’eau gèle à partir de zéro degré. Elle change alors d’état passant du liquide au solide. Cependant il existe ce que l’on appelle l’état de surfusion. L’eau va rester liquide à une température pourtant inférieure à sa congélation. A ce stade on parle aussi d’état « métastable » c’est à dire que le changement d’état survient de manière très lent mais la moindre perturbation (choc thermique, secousse…) va en changer l’état instantanément pour retrouver un état stable (soit liquide ou solide). On parle donc d’une eau liquide en état de surfusion qui est dans un état instable. Une astuce pratique pour préparer des boissons fraiches pour l’été !
10. Volcan miniature et éruption
Apprendre à reproduire l’effet du magma en simulant une éruption, c’est très simple !
Matériel: du vinaigre, du bicarbonate de soude, des colorants alimentaires rouge de préférence, du papier semi-rigide, une bouteille plastique, du scotch, une bassine.
En option des éléments de décoration pour rendre encore plus réaliste le volcan.
Réalisation : entourez la bouteille plastique avec le papier semi-rigide en réalisant au préalable une forme de cône qui sera la base du volcan. Il faut que le goulot de la bouteille dépasse. Placez le dans la bassine. Pour plus de réalisme décorez-le (on peut recouvrir le volcan de sable humide, peindre les parois ou encore ajouter des accessoires). Réalisez ensuite le mélange qui va donner lieu à l’éruption : versez dans la bouteille quelques gouttes de colorant alimentaire, un verre de vinaigre et enfin deux cuillères à soupe de bicarbonate de soude.
Le phénomène va très rapidement se réaliser, le mélange va crépiter et venir créer cette éruption le long des pentes du volcan !
Comment expliquer cette réaction ? C’est la rencontre entre le bicarbonate de soude et le vinaigre qui provoque cet état chimique. Quand les deux matières entrent en contact, elles créent du gaz : du dioxyde de carbone. Ce gaz s’échappe de la bouteille mais entraine en même temps la sortie du liquide ce qui provoque ce phénomène d’éruption.
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Par Marie Dardenne,
