Transcript Montgolfières
Slide 1
Montgolfières : inventées à la veille de la
Révolution française, ces ballons à air chaud,
imaginés et réalisés par les frères Montgolfier en
1783, furent les premiers aérostats. Gonflées
aujourd’hui par des brûleurs à gaz, les
montgolfières sont utilisées à des fins sportives et
touristiques.
Slide 2
Joseph de Montgolfier (1740-1810)
Curieux et inventif dans sa jeunesse, il est loin d’être un bon élève et
n’est pas très discipliné.
Pourtant, il s’intéresse de très près aux sciences physiques et
naturelles. Ne souhaitant pas reprendre la papeterie familiale, il monte
son propre laboratoire de chimie.
Il reviendra très vite à la papeterie : une tradition dans la famille.
Etienne de Montgolfier (1745-1799)
Il est assez différent de Joseph. Méthodique, calme, infatigable, il
mène à bien ses études de sciences et d’architecture.Il réalisera des
bâtiments pour la célèbre papeterie de Jean-Baptiste Reveillon, mais
sera rapidement rappeler par son père au décès d’un de ses frères pour
reprendre le flambeau familial.
Slide 3
De quoi est composée une montgolfière ?
Enveloppe
Jupe
Panneau-parachute
servant à la fois de
soupape et de
panneau de
déchirure
Ralingues
L’enveloppe est faite de nylon traité(enduit de polyuréthane), un
matériau léger mais très résistant. Elle a pour rôle d'emprisonner
l'air réchauffé par le brûleur (environ 2550 mètres cubes d’air).
Le parachute : Le sommet de l'enveloppe, qui est ouvert, est obturé
de l'intérieur par un panneau circulaire amovible, appelé "parachute".
Ce dernier, sous la poussée de l'air chaud, se plaque sur la bordure du
sommet de l'enveloppe, assurant ainsi son étanchéité. Il peut aussi
faire office de soupape.
La nacelle est faite en osier tressé à la main. L’osier procure à la
nacelle, légèreté, rigidité et souplesse, ce qui permet d’amortir les
chocs à l’atterrissage. Une nacelle moyenne peut accueillir quatre
personnes : un pilote, et trois passagers. Elle peut être ouverte ou
pressurisée (plus le ballon monte plus l'air est froid. Les aérostiers
doivent être à l'abri). Elle contient aussi tous les instruments
nécessaires à la navigation : un altimètre pour la mesure de l’altitude,
un variomètre qui indique la vitesse d’ascension et un pyromètre pour
mesurer la température à l’intérieur de l’enveloppe.
Brûleur
Cercle de charge
Nacelle
Le brûleur placé au-dessus de la nacelle , à l’embouchure de
l’enveloppe, réchauffe l’air qui se trouve à l’intérieur, ce qui permet
l’ascension de la montgolfière. Le brûleur fonctionne avec des
bonbonnes de propane sous pression.
Slide 4
Pourquoi les ballons s’envolent-ils ?
La première opération avant le vol est le gonflement de la montgolfière. On commence
d'abord par étendre l'enveloppe sur le sol, puis on attache celle-ci à la nacelle que l'on a
déposée sur le côté. Un petit ventilateur permet de souffler de l'air froid dans le ballon.
Lorsque l'enveloppe est gonflée aux deux tiers on allume ensuite le brûleur pour chauffer l'air
qui se trouve dans le ballon. L'air chaud s'élève et amène ainsi le ballon à la verticale. Une
fois rempli d’air chaud (plus léger que l’air ambiant) le ballon peut voler dans l’atmosphère au
grès du vent.
L’air est constitué de molécules.
Molécule de diazote
Molécule de dioxygène
Quand il fait froid, les molécules se rapprochent.
Quand il fait chaud, elles s’agitent et s’éloignent les unes des autres.
Pour un même volume (celui de l’enveloppe), le nombre de molécules d’air chaud est inférieur au nombre de
molécules d’air froid donc l’air chaud est moins dense que l’air froid.
Pour faire voler une montgolfière, il suffit donc d’activer les molécules de l’air en les chauffant à l’aide du brûleur. Au
contraire, pour la faire atterrir, on laisse refroidir l’air. Le refroidissement peut être accéléré en ouvrant le parachute
(qui sert de soupape) ce qui fait sortir l’air chaud ; de l’air froid rentre. La masse d’air devient donc plus lourde et la
montgolfière descend.
Mais comment l’air, qui ne pèse que 1,3 g pour 1 L peut-il
soulever une montgolfière ?
Envol de
montgolfières
Slide 5
Commençons par étudier une balle de ping-pong.
Matériel : un aquarium rempli d’eau et une balle de ping-pong.
Plongez la balle de ping-pong dans l’eau.
Dès que vos doigts la libèrent, elle remonte rapidement et
s’immobilise à la surface.
La balle est soumise à deux forces opposées :
son poids* : c’est la force exercée par la Terre sur la balle (mis en
évidence par Isaac Newton)
dirigé vers le bas
estimé à 2 g
la poussée de l’eau : force exercée par l’eau sur la balle (mise en
évidence par Archimède)
Dans l’air, la balle de ping-pong est encore
soumise à deux forces opposées :
- son poids, inchangé;
dirigée vers le haut
-la poussée de l’air, environ soixante-dix fois plus
faible.
égale au poids d’une balle qui serait remplie d’eau (soit environ
20 g , puisque 1 cm3 d’eau pèse 1 g)
Elle ne peut donc que descendre, mais l’eau
l’empêche d’aller plus bas que la surface.
Par conséquent, la poussée de l’eau, appelée poussée d’Archimède, 10
fois plus forte que le poids de la balle, la fait remonter en surface.
Parvenue en surface, elle ne poursuit pas son ascension dans l’air car la
poussée d’Archimède est différente, elle a changé de valeur.
* Comme dans la vie courante, et par souci de
simplicité, on exprimera les poids en unités de masse
(kg et g), alors qu’en toute rigueur l’unité légale est
le newton.
Mais tout ceci n’a donc rien à voir avec notre
montgolfière?
Bien au contraire.
Le point commun …
Slide 6
La gravitation en défaut ?
« Tous les corps tombent » dit-on. Tous, vraiment ? Alors, pourquoi la fumée montet-elle ? Et les montgolfières ?
Comment expliquer que 1 kg de plomb tombe et finissent au fond d’une piscine, que
1 kg de bois tombe aussi mais flotte et que 1 kg d’air, contenu dans une enveloppe,
s’envole spontanément ? Tous ces objets sont pourtant pesants, puisque les masses
négatives n’existent pas. La gravitation aurait-elle des exceptions ?
Non, mais on oublie que ces objets sont toujours soumis à deux forces qui
s’opposent: leur poids et la poussée d’Archimède. Selon la résultante de ces deux
forces (poids apparent*) les objets iront vers le haut ou vers le bas.
Plus léger que l’air !
La poussée d’Archimède se manifeste spontanément
dans tous les fluides (liquides ou gaz), mais ses effets
ne sont pas toujours aussi spectaculaires que sur la
balle de ping-pong.
Elle s’exerce sur chacun de nous, comme sur une
adolescente qui attend l’autobus ! Supposons son
poids égal à 50 kg. Son corps « déplace donc un
volume d’air d’environ 50 L et, par conséquent, subit
une poussée « archimédienne » de 65 g ! C’est
dérisoire**. Heureusement, car sinon la demoiselle
pourrait s’envoler !
Alors, comment peut-on la soulever de terre?
Solution : l’accrocher à un gros ballon rempli d’air.
*Poids apparent = Poids (réel) - Poussée d’Archimède
Remarque : la poussée d’Archimède n ’existe pas dans le vide:
on ne verra jamais un ballon survoler le sol lunaire.
**En revanche, dans l’eau, la poussée
d’Archimède devient pratiquement égale au
poids du corps. C’est pour cela que l’on peut
« faire la planche » et nager.
Slide 7
Archimède (287-212 avant J.-C.) :
Mathématicien, ingénieur et physicien grec, né à Syracuse en 287 avant Jésus-Christ.
Auteur de travaux importants et novateurs dans de nombreux domaines, il est
considéré comme un des plus grands scientifiques de l'histoire . Il fut le premier à
calculer la valeur de π en mathématiques, à utiliser des leviers et des vis sans fin en
mécanique, mais ce qui le rendit célèbre fut la découverte du principe qui porte son
nom. Il fut tué lors de la prise de Syracuse par les Romains alors qu’il tentait de
résoudre un problème de géométrie.
Principe d'Archimède :
Tout corps plongé dans un liquide subit de la part de
celui-ci , une poussée exercée du bas vers le haut , et
égale , en intensité , au poids du liquide déplacé.
Pour la petite histoire :
Archimède a découvert la « poussée d’Archimède » un
jour où il prit un bain. Il remarqua la grande facilité avec
laquelle il pouvait soulever son bras dans l’eau. Il pensa
alors qu’il existait une relation entre la poussée et le
volume de liquide déplacé. Enthousiasmé par cette
découverte, Archimède se précipita dans la rue en criant :
« Euréka ! Euréka ! » (j’ai trouvé)
Euréka
!!!
D’après Archimède :
-Un objet petit et lourd coulera dans l’eau. (ex: poids)
-Un objet gros et léger flottera dans l’eau. (ex: bateau)
-Un objet de même masse volumique que l'eau de mer restera entre deux
eaux. (ex: humain)
-Un objet plus léger que l'air "flottera" dans l'air. (ex: montgolfière)
La force d'Archimède dirigé vers le haut
dépend du volume déplacé.
La force de gravité (poids) dépend de la
masse de l'objet.
Slide 8
Le rêve d’Icare
Depuis la nuit des temps, l’homme a souhaité
se déplacer dans les airs à l’image des
oiseaux..
4 juin 1783
La première montgolfière de l’histoire prend son
envol.
19 septembre 1783
Deuxième essai à Paris devant le roi Louis XVI. Le
ballon des frères Montgolfier a trois passagers à
son bord : un coq, un canard et un mouton. La
présence de ces animaux prouve l’innocuité du vol.
21 novembre 1783
Jean-François Pilâtre de Rozier et François
Laurent, marquis d’Arlandes, deviennent les
premiers humains à réaliser le rêve d’Icare.La
première montgolfière de l’histoire prend son
envol.
Une vieille histoire raconte que lors des premiers vols, les
paysans étaient effrayés par les ballons qui se posaient dans
leurs champs ! Certains se munissaient même de fourches
pour percer les enveloppes. Un jour, un noble qui passait en
carrosse calma les paysans à l’atterrissage en leur offrant une
coupe de champagne. Depuis, il serait de coutume d’offrir
une verre de mousseux au propriétaire…
Histoire ou légende?
Slide 9
Depuis quelques années, la montgolfière
« sportive » connaît un regain d’intérêt. Des
brûleurs au propane qui réchauffent l’air
permettent alors des vols de deux à trois
heures jusqu’à 1 000 ou 2 000 mètres
d’altitude.
Le ballon est le plus agréable moyen de se promener.
Glisser dans l'air en silence, plonger dans les branches
d'un arbre et repartir en balançoire, confier sa
trajectoire au vent et découvrir des paysages de très
haut ou de très près, sans moteur, sans secousse, c'est un
plaisir que seul le ballon libre peut offrir...
Certaines montgolfières publicitaires
représentent des objets, au lieu d'avoir la forme
d'un ballon. Elles n'ont souvent pas le droit de
transporter de passagers, car elles sont trop
instables, elles restent donc en vol captif.
Slide 10
Recherche et diaporama réalisés par :
Alexandre
THIMONIER
Montgolfières : inventées à la veille de la
Révolution française, ces ballons à air chaud,
imaginés et réalisés par les frères Montgolfier en
1783, furent les premiers aérostats. Gonflées
aujourd’hui par des brûleurs à gaz, les
montgolfières sont utilisées à des fins sportives et
touristiques.
Slide 2
Joseph de Montgolfier (1740-1810)
Curieux et inventif dans sa jeunesse, il est loin d’être un bon élève et
n’est pas très discipliné.
Pourtant, il s’intéresse de très près aux sciences physiques et
naturelles. Ne souhaitant pas reprendre la papeterie familiale, il monte
son propre laboratoire de chimie.
Il reviendra très vite à la papeterie : une tradition dans la famille.
Etienne de Montgolfier (1745-1799)
Il est assez différent de Joseph. Méthodique, calme, infatigable, il
mène à bien ses études de sciences et d’architecture.Il réalisera des
bâtiments pour la célèbre papeterie de Jean-Baptiste Reveillon, mais
sera rapidement rappeler par son père au décès d’un de ses frères pour
reprendre le flambeau familial.
Slide 3
De quoi est composée une montgolfière ?
Enveloppe
Jupe
Panneau-parachute
servant à la fois de
soupape et de
panneau de
déchirure
Ralingues
L’enveloppe est faite de nylon traité(enduit de polyuréthane), un
matériau léger mais très résistant. Elle a pour rôle d'emprisonner
l'air réchauffé par le brûleur (environ 2550 mètres cubes d’air).
Le parachute : Le sommet de l'enveloppe, qui est ouvert, est obturé
de l'intérieur par un panneau circulaire amovible, appelé "parachute".
Ce dernier, sous la poussée de l'air chaud, se plaque sur la bordure du
sommet de l'enveloppe, assurant ainsi son étanchéité. Il peut aussi
faire office de soupape.
La nacelle est faite en osier tressé à la main. L’osier procure à la
nacelle, légèreté, rigidité et souplesse, ce qui permet d’amortir les
chocs à l’atterrissage. Une nacelle moyenne peut accueillir quatre
personnes : un pilote, et trois passagers. Elle peut être ouverte ou
pressurisée (plus le ballon monte plus l'air est froid. Les aérostiers
doivent être à l'abri). Elle contient aussi tous les instruments
nécessaires à la navigation : un altimètre pour la mesure de l’altitude,
un variomètre qui indique la vitesse d’ascension et un pyromètre pour
mesurer la température à l’intérieur de l’enveloppe.
Brûleur
Cercle de charge
Nacelle
Le brûleur placé au-dessus de la nacelle , à l’embouchure de
l’enveloppe, réchauffe l’air qui se trouve à l’intérieur, ce qui permet
l’ascension de la montgolfière. Le brûleur fonctionne avec des
bonbonnes de propane sous pression.
Slide 4
Pourquoi les ballons s’envolent-ils ?
La première opération avant le vol est le gonflement de la montgolfière. On commence
d'abord par étendre l'enveloppe sur le sol, puis on attache celle-ci à la nacelle que l'on a
déposée sur le côté. Un petit ventilateur permet de souffler de l'air froid dans le ballon.
Lorsque l'enveloppe est gonflée aux deux tiers on allume ensuite le brûleur pour chauffer l'air
qui se trouve dans le ballon. L'air chaud s'élève et amène ainsi le ballon à la verticale. Une
fois rempli d’air chaud (plus léger que l’air ambiant) le ballon peut voler dans l’atmosphère au
grès du vent.
L’air est constitué de molécules.
Molécule de diazote
Molécule de dioxygène
Quand il fait froid, les molécules se rapprochent.
Quand il fait chaud, elles s’agitent et s’éloignent les unes des autres.
Pour un même volume (celui de l’enveloppe), le nombre de molécules d’air chaud est inférieur au nombre de
molécules d’air froid donc l’air chaud est moins dense que l’air froid.
Pour faire voler une montgolfière, il suffit donc d’activer les molécules de l’air en les chauffant à l’aide du brûleur. Au
contraire, pour la faire atterrir, on laisse refroidir l’air. Le refroidissement peut être accéléré en ouvrant le parachute
(qui sert de soupape) ce qui fait sortir l’air chaud ; de l’air froid rentre. La masse d’air devient donc plus lourde et la
montgolfière descend.
Mais comment l’air, qui ne pèse que 1,3 g pour 1 L peut-il
soulever une montgolfière ?
Envol de
montgolfières
Slide 5
Commençons par étudier une balle de ping-pong.
Matériel : un aquarium rempli d’eau et une balle de ping-pong.
Plongez la balle de ping-pong dans l’eau.
Dès que vos doigts la libèrent, elle remonte rapidement et
s’immobilise à la surface.
La balle est soumise à deux forces opposées :
son poids* : c’est la force exercée par la Terre sur la balle (mis en
évidence par Isaac Newton)
dirigé vers le bas
estimé à 2 g
la poussée de l’eau : force exercée par l’eau sur la balle (mise en
évidence par Archimède)
Dans l’air, la balle de ping-pong est encore
soumise à deux forces opposées :
- son poids, inchangé;
dirigée vers le haut
-la poussée de l’air, environ soixante-dix fois plus
faible.
égale au poids d’une balle qui serait remplie d’eau (soit environ
20 g , puisque 1 cm3 d’eau pèse 1 g)
Elle ne peut donc que descendre, mais l’eau
l’empêche d’aller plus bas que la surface.
Par conséquent, la poussée de l’eau, appelée poussée d’Archimède, 10
fois plus forte que le poids de la balle, la fait remonter en surface.
Parvenue en surface, elle ne poursuit pas son ascension dans l’air car la
poussée d’Archimède est différente, elle a changé de valeur.
* Comme dans la vie courante, et par souci de
simplicité, on exprimera les poids en unités de masse
(kg et g), alors qu’en toute rigueur l’unité légale est
le newton.
Mais tout ceci n’a donc rien à voir avec notre
montgolfière?
Bien au contraire.
Le point commun …
Slide 6
La gravitation en défaut ?
« Tous les corps tombent » dit-on. Tous, vraiment ? Alors, pourquoi la fumée montet-elle ? Et les montgolfières ?
Comment expliquer que 1 kg de plomb tombe et finissent au fond d’une piscine, que
1 kg de bois tombe aussi mais flotte et que 1 kg d’air, contenu dans une enveloppe,
s’envole spontanément ? Tous ces objets sont pourtant pesants, puisque les masses
négatives n’existent pas. La gravitation aurait-elle des exceptions ?
Non, mais on oublie que ces objets sont toujours soumis à deux forces qui
s’opposent: leur poids et la poussée d’Archimède. Selon la résultante de ces deux
forces (poids apparent*) les objets iront vers le haut ou vers le bas.
Plus léger que l’air !
La poussée d’Archimède se manifeste spontanément
dans tous les fluides (liquides ou gaz), mais ses effets
ne sont pas toujours aussi spectaculaires que sur la
balle de ping-pong.
Elle s’exerce sur chacun de nous, comme sur une
adolescente qui attend l’autobus ! Supposons son
poids égal à 50 kg. Son corps « déplace donc un
volume d’air d’environ 50 L et, par conséquent, subit
une poussée « archimédienne » de 65 g ! C’est
dérisoire**. Heureusement, car sinon la demoiselle
pourrait s’envoler !
Alors, comment peut-on la soulever de terre?
Solution : l’accrocher à un gros ballon rempli d’air.
*Poids apparent = Poids (réel) - Poussée d’Archimède
Remarque : la poussée d’Archimède n ’existe pas dans le vide:
on ne verra jamais un ballon survoler le sol lunaire.
**En revanche, dans l’eau, la poussée
d’Archimède devient pratiquement égale au
poids du corps. C’est pour cela que l’on peut
« faire la planche » et nager.
Slide 7
Archimède (287-212 avant J.-C.) :
Mathématicien, ingénieur et physicien grec, né à Syracuse en 287 avant Jésus-Christ.
Auteur de travaux importants et novateurs dans de nombreux domaines, il est
considéré comme un des plus grands scientifiques de l'histoire . Il fut le premier à
calculer la valeur de π en mathématiques, à utiliser des leviers et des vis sans fin en
mécanique, mais ce qui le rendit célèbre fut la découverte du principe qui porte son
nom. Il fut tué lors de la prise de Syracuse par les Romains alors qu’il tentait de
résoudre un problème de géométrie.
Principe d'Archimède :
Tout corps plongé dans un liquide subit de la part de
celui-ci , une poussée exercée du bas vers le haut , et
égale , en intensité , au poids du liquide déplacé.
Pour la petite histoire :
Archimède a découvert la « poussée d’Archimède » un
jour où il prit un bain. Il remarqua la grande facilité avec
laquelle il pouvait soulever son bras dans l’eau. Il pensa
alors qu’il existait une relation entre la poussée et le
volume de liquide déplacé. Enthousiasmé par cette
découverte, Archimède se précipita dans la rue en criant :
« Euréka ! Euréka ! » (j’ai trouvé)
Euréka
!!!
D’après Archimède :
-Un objet petit et lourd coulera dans l’eau. (ex: poids)
-Un objet gros et léger flottera dans l’eau. (ex: bateau)
-Un objet de même masse volumique que l'eau de mer restera entre deux
eaux. (ex: humain)
-Un objet plus léger que l'air "flottera" dans l'air. (ex: montgolfière)
La force d'Archimède dirigé vers le haut
dépend du volume déplacé.
La force de gravité (poids) dépend de la
masse de l'objet.
Slide 8
Le rêve d’Icare
Depuis la nuit des temps, l’homme a souhaité
se déplacer dans les airs à l’image des
oiseaux..
4 juin 1783
La première montgolfière de l’histoire prend son
envol.
19 septembre 1783
Deuxième essai à Paris devant le roi Louis XVI. Le
ballon des frères Montgolfier a trois passagers à
son bord : un coq, un canard et un mouton. La
présence de ces animaux prouve l’innocuité du vol.
21 novembre 1783
Jean-François Pilâtre de Rozier et François
Laurent, marquis d’Arlandes, deviennent les
premiers humains à réaliser le rêve d’Icare.La
première montgolfière de l’histoire prend son
envol.
Une vieille histoire raconte que lors des premiers vols, les
paysans étaient effrayés par les ballons qui se posaient dans
leurs champs ! Certains se munissaient même de fourches
pour percer les enveloppes. Un jour, un noble qui passait en
carrosse calma les paysans à l’atterrissage en leur offrant une
coupe de champagne. Depuis, il serait de coutume d’offrir
une verre de mousseux au propriétaire…
Histoire ou légende?
Slide 9
Depuis quelques années, la montgolfière
« sportive » connaît un regain d’intérêt. Des
brûleurs au propane qui réchauffent l’air
permettent alors des vols de deux à trois
heures jusqu’à 1 000 ou 2 000 mètres
d’altitude.
Le ballon est le plus agréable moyen de se promener.
Glisser dans l'air en silence, plonger dans les branches
d'un arbre et repartir en balançoire, confier sa
trajectoire au vent et découvrir des paysages de très
haut ou de très près, sans moteur, sans secousse, c'est un
plaisir que seul le ballon libre peut offrir...
Certaines montgolfières publicitaires
représentent des objets, au lieu d'avoir la forme
d'un ballon. Elles n'ont souvent pas le droit de
transporter de passagers, car elles sont trop
instables, elles restent donc en vol captif.
Slide 10
Recherche et diaporama réalisés par :
Alexandre
THIMONIER