Catégorie: Physique
Publié: 14 septembre 2015
L’air ne vous écrase pas. En tant que fluide, l’air circule autour de vous et essaie de vous écraser. Heureusement, il y a généralement autant de pression à l’intérieur de votre corps qui pousse vers l’extérieur que de pression atmosphérique à l’extérieur de votre corps qui pousse vers l’intérieur. Ils s’annulent généralement, ce qui signifie qu’il n’y a pas de force globale sur vous et que vous ne vous faites pas écraser. Même lorsque la pression interne et externe ne s’annule pas exactement, votre peau, vos muscles et d’autres tissus sont généralement assez forts et suffisamment flexibles pour ne pas être endommagés par la force.
Tenez-vous dehors dans un champ et regardez droit vers le haut. Vous regardez une colonne d’air de cent kilomètres qui est tirée vers vous par gravité. Bien que l’air soit très ténu par rapport à d’autres matériaux, il est en effet composé d’atomes et a en effet une masse. En tant que tel, l’air est tiré vers le bas par la gravité, comme tout ce qui a de la masse. Une poignée d’air n’a peut-être pas beaucoup de masse, mais cent kilomètres d’air est une autre histoire. Si vous dessinez un carré d’un mètre sur un mètre au sol (ce qui correspond à l’empreinte du réfrigérateur), tout l’air directement sur ce carré a une masse totale d’environ dix mille kilogrammes. En raison de la gravité terrestre, cette masse descend sur le mètre carré avec une force d’environ vingt mille livres, ce qui est le même que le poids d’un autobus scolaire vide. En d’autres termes, si vous placez un autobus scolaire vide sur un piédestal d’un mètre carré (pour concentrer la force sur la bonne zone), le morceau de sol sous le piédestal subirait autant de poids du bus que de l’air.
Dessinez maintenant un carré d’un pouce par un pouce sur votre épaule. Les cent kilomètres d’air directement au-dessus de cette place ont une masse totale de 7 kilogrammes. Sous l’influence de la gravité terrestre, cette masse pousse sur le pouce carré de votre épaule avec une force d’environ 15 livres. C’est le même que le poids d’une grosse boule de bowling. En d’autres termes, l’air pousse aussi fort sur le pouce carré de votre épaule que s’il y avait une grosse boule de bowling assise sur ce pouce carré et sans atmosphère. De plus, il n’y a rien de spécial à propos de ce pouce carré particulier sur votre épaule. Chaque pouce carré à la surface de votre corps sent 15 livres pousser dessus à cause de l’air dans l’atmosphère. Par exemple, si la paume de votre main a une surface de 10 pouces carrés (ce qui est une valeur typique), l’air pousse sur votre paume avec une force totale égale au poids de 10 grosses boules de bowling. Mais pourquoi tu ne le sens pas? Il n’a certainement pas l’impression que vous teniez constamment 10 grosses boules de bowling dans la paume de votre main. La réponse est que l’air est un fluide.
En tant que fluide, l’air peut circuler dans toutes les directions et prendre n’importe quelle forme. Ce faisant, l’air transmet la force d’écrasement de son poids dans toutes les directions, même vers le haut. Tendez la main avec la paume vers le haut. S’il est vrai que l’air pousse sur votre paume avec la force de 10 boules de bowling, en même temps, l’air pousse sur le dos de votre main avec la force de 10 boules de bowling. En conséquence, la force totale sur toute votre main est nulle. Les surfaces individuelles (le haut et le bas de votre main) ressentent la pression de l’air, mais la main dans son ensemble ne ressent aucune force nette de l’atmosphère. C’est pourquoi vous n’avez pas l’impression de trimballer constamment une dizaine de boules de bowling dans la paume de votre main, et c’est pourquoi cent kilomètres d’air au-dessus de vous ne fixent pas votre main au sol. De même, bien que l’air appuie sur le dessus de votre tête avec des centaines de livres de force, il appuie également sur votre menton et votre cou avec des centaines de livres de force. En conséquence, votre tête ne s’écrase pas contre le trottoir. De cette façon, la nature fluide de l’air fait en sorte que le poids de l’atmosphère pousse partout sur vous, mais ne vous pousse pas vers le bas.
Cette annulation des forces sur votre main ne se produit que si l’air atmosphérique est capable d’atteindre à la fois la paume et le dos de votre main. Si vous retirez l’air qui pousse sur le dos de votre main, il n’y aura plus d’annulation des forces et vous ferez l’expérience de 10 boules de bowling d’une valeur de poids sur votre main dans l’ensemble. Vous pouvez le faire partiellement en allumant une machine à vide extrêmement puissante tout en appuyant sur l’ouverture à l’extrémité du tuyau directement contre le dos de votre main. La machine à vide aspire et élimine l’air qui pressait sur le dos de votre main, permettant à votre main de sentir globalement la force descendante de la pression de l’air sur la paume de votre main. Vous décririez probablement cette expérience comme le tuyau aspirant votre main vers lui, et diriez donc que la force ressentie par votre main est une force de traction exercée par le tuyau. En réalité, le poids de l’air au-dessus de votre main pousse votre main vers le tuyau d’aspiration et est la source de la force.
Chaque fois que nous parlons d’aspiration, nous entendons vraiment retirer l’air d’un côté d’un objet afin que l’immense poids de l’air dans l’atmosphère puisse être ressenti par l’objet sans être annulé. Chaque fois que vous avez eu des difficultés à retirer une ventouse d’une fenêtre, cette force résistive que vous ressentez est littéralement le poids de l’air de l’atmosphère qui l’écrase contre le verre. Si la ventouse est grande et a une bonne étanchéité, vous ne serez pas assez fort pour retirer directement la tasse. En termes simples, vous n’êtes pas assez fort pour vous opposer à la force de l’air écrasant la ventouse contre le verre. Cependant, vous pouvez facilement retirer la ventouse de la fenêtre en laissant l’air atmosphérique se rendre de l’autre côté de la ventouse. Piquez un crayon ou une épingle entre la tasse et le verre pour briser le joint, laissant ainsi l’air circuler derrière la ventouse. Une fois que cela se produit, les forces de l’air sur la tasse des deux côtés s’annulent et la tasse n’est plus écrasée contre le verre. Avec ces concepts à l’esprit, il devrait maintenant être évident que les ventouses ne fonctionnent pas dans le vide de l’espace.
Même lorsque la force de l’air sur le dos de votre main annule la force de l’air sur la paume de votre main, votre main est toujours écrasée au milieu entre ces deux forces opposées. Heureusement, il y a aussi une pression à l’intérieur de votre main dirigée vers l’extérieur qui annule la force de pression de l’air vers l’intérieur. En conséquence, il n’y a pas de force nette à la surface de votre main. La pression interne n’est pas causée par l’air mais par l’eau piégée. La pression interne du corps est créée et maintenue en ayant des cellules semi-rigides qui sont pompées avec de l’eau en utilisant les forces d’attraction chimiques entre l’eau et les ions tels que le sodium. Chaque cellule est un peu comme un ballon d’eau. Si vous pompez de l’eau dans un ballon, la pression d’eau interne peut annuler la pression d’air externe et le ballon conserve sa forme sans être écrasé.
Si vous étanchez un récipient à l’air puis réduisez sa pression interne de sorte que l’effet d’annulation disparaisse, le poids de l’air atmosphérique est en effet suffisamment fort pour écraser le récipient vers l’intérieur. Par exemple, prenez un canon métallique vide et chauffez-le avec le bouchon éteint de sorte que l’air à l’intérieur du canon se réchauffe, se dilate et s’échappe partiellement. Maintenant, placez fermement le bouchon et placez le baril dans une piscine de glace. Lorsque l’air restant dans le canon se refroidit, il perd sa pression et n’est plus en mesure d’annuler la pression de l’air à l’extérieur du canon. En conséquence, le canon implose.
Notez que même si la pression interne du corps et la pression externe de l’air ne sont pas exactement égales et ne s’annulent donc pas, la plupart des tissus de votre corps sont suffisamment solides pour résister à la force nette qui en résulte. Par exemple, si vous placez un humain dans le vide de l’espace sans combinaison spatiale, il y aura la pression interne régulière du corps mais pas de pression d’air externe pour l’annuler. Malgré cette différence, une telle personne n’explosera pas car la peau est assez forte pour résister à la pression. L’exposition au vide nuit en effet aux humains et provoque même la mort après quelques minutes, mais elle ne provoque pas l’explosion des humains à cause de la différence de pression.
Sujets: air, pression atmosphérique, atmosphère, pression