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Gouttes d’eau sur une pièce de 10 cents

Dans cette démonstration, en observant le pouvoir de la tension superficielle dans les gouttes d’eau, les assomptions d’étudiants seront mises au défi. Malgré la charge positive d’une molécule d’eau, la structure réelle de cette molécule fait que c’est polaire (c’est-à-dire qu’il y a un côté positif et négatif). Les deux atomes d’hydrogène ont une charge partielle positive et l’atome d’oxygène a une charge partielle négative. En raison de cette propriété, les molécules d’eau s’attirent les uns les autres, entre l’atome d’oxygène chargé négativement d’une molécule et les atomes chargés positivement d’une autre molécule voisine. Ce lien faible s’appelle une liaison d’hydrogène. La polarité d’une molécule d’eau fait qu’elle s’attire aux autres molécules composées des substances aussi polaires.

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Il y a deux forces « collantes » dans cette démonstration: la cohésion and l’adhésion. L’attirance entre les molécules d’eau s’appelle la cohésion. La force cohésive entre les molécules d’eau est si forte qu’à la couche supérieure d’eau, il y a une espèce de « peau » appelée la tension superficielle. La tension superficielle est assez forte pour soutenir des insectes qui traversent la surface d’eau, comme les araignées d’eau.

Les forces cohésives sont fortes mais pas incassables. À mesure que la goutte grandit et se gonfle au-dessus des côtés de la pièce, la force de gravité sur les molécules devient plus forte que la force cohésive. La « peau » finira par éclater et toute l’eau s’écoulera.

La force d’attraction entre les molécules de natures différentes (comme le sol et le verre) s’appelle l’adhésion. En ajoutant plus de gouttes d’eau à la pièce, la force adhésive entre l’eau et la pièce empêche l’eau de s’écouler.

Les forces cohésives entre les molécules polaires sont plus fortes que celles entre les molécules non-polaires, comme dans l’huile ou le sirop. C’est pourquoi le « tas » d’eau est plus grand qu’un « tas » d’huile ou de sirop.

Objectives

  • Décrire les propriétés cohésives et adhésives de l’eau.

Materials

  • Pour  Demo ou chaque groupe de 3 à 4 élèves :
    une pièce de 10 cents
    un compte-gouttes
    eau
    huile minéral/pour bébés/d’olive

Key Questions

  • Combien de gouttes d'eau est-ce qu'un pièce de monnaie peut tenir? Est-ce que tes prédictions avaient raison?
  • Est-ce que c'est important si l'expérience est effectuée sur le côté pile ou le côté face?
  • Est-ce que le sirop/l'huile tient plus ou moins de gouttes que l'eau? Pourquoi?
  • Comment est-ce que c'est possible d'avoir beaucoup de gouttes sur une pièce de monnaie?
  • Qu'est-ce qui crée la « peau » sur la surface de la grande goutelette?
  • Est-ce qu'une autre pièce de monnaie tiendrait plus ou moins de gouttes? Pourquoi?

What To Do

  1. Mettre une pièce de monnaie (ex. une pièce de 10 sous) sur une table ou un bureau.
  2. Tenant le compte-gouttes près de la surface de la pièce, déposer soigneusement des gouttes sur la pièce, une goutte à la fois. Les gouttes devraient se regrouper sur la pièce pour former une plus grande goutte d’eau. Faire compter aux étudiants les gouttes.
  3. Cesser l’activité dès que la gouttelette déborde. Le compte précis est le nombre de gouttes qui la pièce peut tenir avant la goutte qui a fait déborder l’eau.
  4. Essuyer la pièce ou en utiliser une nouvelle.
  5. Répéter l’expérience mais cette fois déposer des gouttes d’huile ou de sirop.

Astuce pour le prof : Pour assurer un compte précis, tenir le compte-gouttes une distance raisonnable au-dessus de la pièce. La goutte d’eau n’a qu’à tomber une petite distance avant de fusionner avec l’eau déjà sur la pièce.

Extensions

  • Impliquer les élèves dans cette activité au lieu de juste une démonstration.
  • Ajouter une goutte de savon ou détergent à vaisselle à l’eau utilisée dans cette activité. Ça réduit la tension superficielle. Résultat : une réduction spectaculaire du nombre de gouttes pouvant tenir sur la pièce.
  • Avec un verre rempli d’eau (avec un rebord sec pour prévenir l’eau de s’écouler sur la paroi du verre), déterminer combien de pièces peuvent être ajoutées à l’eau sans faire déborder le verre. Ajouter doucement des pièces, une à la fois. À cause de la tension superficielle, l’eau montera au-dessus du rebord du verre avant de déborder (juste comme la première expérience). Faire des comparaisons avec la prédiction initiale et le nombre réel des pièces ajoutées.

Other Resources

Science World Resources | Drops on a Penny| version anglaise de cette ressource