Une petite balance utilisant le Principe d'Archimède

Le truc, c'est de pouvoir mesurer une petite variation de volume immergé et donc, par Archimède, d'en déduire le poids de l'objet posé sur la balance.

Dans ce cas-ci, le cylindre est un batonnet de coton-tige dont le diamètre est 2 mm. On a donc une surface de 3.141592 * 1² =~ 3 mm². Sur 1 cm², on aurait un gramme par centimètre,
on a donc 3/100 gramme par centimètre d'enfoncement.

Avec environ 3 centimètres de jeu, on peut mesurer entre 0 et 0,1 gramme...
(NB : un carat = 0,2 gramme ( http://www.google.be/search?q=carat+in+grams ))
Si on mesure au millimètre près, on a une précision de 3 %.

Le bouchon et la pièce de 5 cents servent à créer un couple redresseur pour maintenir le plateau de la balance (une punaise) horizontal.

Si on avait utilisé une paille (chalumeau) de 5 mm de diamètre, on aurait eu une surface de ~20 mm², et donc chaque centimètre aurait correspondu à un carat. (3,14 * 2,5² = 19,62)

Avec une mine 0.7 mm, on devrait pouvoir mesurer le milligramme (si les effets de capilarité restent négligeables par rapport à Archimède... et que la mine n'absorbe pas l'eau).

NB: il faut équilibrer le dispositif pour que seul le cylindre soit émergé. Plus le tube est fin et plus cela devient délicat.

Ce qui est dommage, c'est le manque de 'dynamique' (sans compter les bulles d'air et le bouchon qui s'imbibe...)

Mon but était de peser un confetti... (1/4 de cm² de papier 80g/m² = 0,002 gramme) C'est (bien sûr) trop léger pour mon coton-tige. :-(

En augmentant le volume immergé (pas sûr que ce soit nécessaire), on devrait pouvoir mesurer l'alcolémie, la salinité ou, plus généralement, la densité du liquide dans le verre.

Qqs mesures avec un altimètre 'maison'...

(cliquer pour agrandir)

Petit test ce matin dans les Degrés des Tisserands.

- Une bouteille (de PiedBoeuf) qui a un bouchon à visser emballée dans une couverture de survie emballée dans une couverture de 'laine artificielle' pour stabiliser la température. Je ne suis pas sûr que la 'couverture de survie' soit très utile, mais comme j'en avais un morceau sous la main...
- Un tube de plastique transparent de 6 mm de diamètre interne faisant siphon avec de l'eau colorée. Le tube est attaché (hermétiquement) au bouchon avec une pipette de vélo (sans la valve).
Après avoir laissé tout ça prendre la température ambiante, je visse le tube sur la bouteille et ...En route!

Une mesure en bas, une à l'école de devoirs, une en haut et la même chose à la descente pour vérifier que le système n'a pas trop dérivé.

Et, voilà (en gros) les résultats. Il faut multiplier les mesures par deux pour avoir les pressions en 'centimètres d'eau'.

haut : 2.2
edd : 1.9
bas : 1.2 (*)

L'expérience au total a duré 5 minutes (et on observe déjà une petite dérive (température? (**)), mais pas dramatique...)

On a 2 'centimètres d'eau' entre le bas et le haut des Degrés.
Avec 1.2 mm d'eau par mètre d'air (l'air pèse 1.2 kg/m3), cela donne 16.7 mètres entre le bas et le haut.

Ce qui est assez réaliste : le pied de l'école de devoirs est à la hauteur du faîte de la maison du bas et le haut est à la hauteur du faîte de l'école de devoirs. Ce n'est pas possible de vérifier avec mon altimètre de montagne, l'aiguille bouge de moins d'un millimètre et je n'ai pas
de carte d'Etat-Major au 1/25000. Faudrait 'topographier' avec les enfants.

ça donne envie d'essayer à la Montagne de Bueren

Il faut un peu améliorer la stabilité en température (glace pilée?, bouteille thermos?) et utiliser un tube plus fin (4 mm, c'est facile à trouver; 0.30€ le mètre chez 3Fontaines)


...A suivre donc. (voir ici)


:-)

xof
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(*) Ce n'est pas zéro parce que quand j'ai vissé le bouchon, l'eau bougeait encore dans le tube. Et, cela n'a pas grande importance.
(**) Le dispositif est très sensible à la température; du genre 3-4 cm par degré C.