Soulevez l'eau avec une vis d'Archimède

Jul 01, 2023

Un projet scientifique défiant la gravité de Science Buddies

Concepts clésPhysiqueLiquidesGéométrieIngénierie

Introduction Pouvez-vous penser à un moyen de faire couler l'eau vers le haut sans utiliser d'électricité ? Les anciens Grecs ont découvert comment faire exactement cela ! Ils ont développé un dispositif appelé la vis d'Archimède pour soulever l'eau d'un endroit à un autre. Cet outil est si utile qu'il est encore largement utilisé aujourd'hui. Dans cette activité, vous construirez votre propre vis d'Archimède manuelle à partir de matériaux simples.

Arrière-plan Archimède de Syracuse est né au IIIe siècle av. J.-C. Il aimait résoudre des problèmes et fut l'un des inventeurs les plus importants de son temps. Le roi demanda à Archimède de construire le plus gros navire possible. Ce navire s'est avéré fuyant et Archimède a dû inventer un dispositif pour en évacuer l'eau. Il a donc conçu ce que nous appelons aujourd'hui la vis d'Archimède. Il était très efficace car il se débarrassait de l'eau et ne nécessitait qu'une seule personne pour le faire fonctionner. La vis d'Archimède fut bientôt également utilisée pour transporter l'eau des zones basses jusqu'aux fossés d'irrigation. Le design est si efficace qu'il est encore utilisé aujourd'hui. Par exemple, il est utilisé pour soulever les eaux usées dans les usines de traitement des eaux et même pour soulever l'eau dans certains manèges de parcs d'attractions. C'est un outil qui ne s'est jamais démodé.

La vis d'Archimède est une forme de pompe volumétrique. Une pompe volumétrique retient le fluide d'une source, puis force le fluide à se déplacer vers un emplacement de décharge. La vis d'Archimède est composée d'un cylindre creux et d'une partie en spirale (la spirale peut être à l'intérieur, mais ici vous la mettrez à l'extérieur du cylindre). Une extrémité est placée dans une source de fluide basse et l'autre extrémité est inclinée vers le haut dans une zone de décharge plus élevée. Pour déplacer l'eau, il suffit de tourner la vis. Au fur et à mesure que la vis se déplace, elle ramasse une petite quantité d'eau dans la première poche. Au prochain tour de vis, la première poche d'eau se déplace vers la deuxième poche et une nouvelle cuillère d'eau pénètre dans la première poche. Ce mouvement continue, et finalement la première boule d'eau sort à l'autre bout.

De nombreux facteurs déterminent le bon fonctionnement de la vis d'Archimède, tels que la longueur, son angle, le rayon, etc. Dans ce projet, vous construirez et démontrerez votre propre vis d'Archimède. En option, vous pouvez même essayer de changer la conception de la vis pour savoir comment faire remonter l'eau plus rapidement !

Matériaux

Préparation

Procédure

Observations et résultats Comment la vis d'Archimède parvient-elle à déplacer l'eau vers le haut ? Lorsque vous pliez le tube en forme de spirale, il forme des poches individuelles où l'eau peut être emprisonnée car le tube se courbe vers le haut des deux côtés. Si vous regardez votre vis de côté, vous verrez ces poches remplies d'eau. Lorsque vous tournez la vis, elle emprisonne des poches d'air et d'eau alternées, et les poches individuelles remontent la vis vers le récipient supérieur. Si vous inclinez la vis vers le haut à un angle trop prononcé, un côté de chaque poche finira par pointer vers le bas, permettant à l'eau de refluer. C'est plus facile à voir si vous placez le tuyau verticalement - remarquez qu'il n'y a nulle part où l'eau peut être "piégée" sans couler vers le bas.

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Cette activité vous est proposée en partenariat avec Science Buddies

Ben Finio est chercheur principal chez Science Buddies et chargé de cours à la Cornell University Sibley School of Mechanical and Aerospace Engineering. Suivez-le sur Twitter @BenFinio.

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