Exercice joker — Défi (niveau supérieur)

Énoncé — Le ballon-sonde qui explore l’atmosphère

 Contexte. Un ballon-sonde météorologique est une enveloppe en latex gonflée au sol
avec un gaz léger, puis lâchée dans l’atmosphère. Au sol, la pression de l’air extérieur
est élevée et le ballon a un diamètre d’environ 2 m. En montant, l’air extérieur devient de
moins en moins dense et exerce une pression de plus en plus faible sur l’enveloppe. Le
ballon grossit alors progressivement, jusqu’à atteindre un diamètre de plusieurs mètres à
haute altitude, avant de finir par éclater.

a) Au sol, l’enveloppe vide du ballon a une masse de 1,2 kg. On la gonfle avec 0,4 kg de
gaz avant le lâcher. Calcule la masse totale du ballon prêt à être lancé.

b) Cette expérience confirme-t-elle qu’un gaz possède une masse ? Justifie ta réponse.

c) En montant, le ballon grossit alors qu’on n’ajoute aucun gaz supplémentaire à
l’intérieur. Explique ce phénomène en utilisant une propriété du gaz étudiée dans ce
chapitre.

d) Si l’enveloppe avait été gonflée complètement, sans laisser aucune marge, dès le sol, que risquerait-il de se produire en altitude ? Explique.

e) Ce phénomène (le ballon qui gonfle avec l’altitude) est-il un exemple d’un gaz compressible ou d’un gaz expansible ? Justifie en une phrase.

f) Lorsque l’enveloppe finit par se déchirer en haute altitude, le gaz qu’elle contenait disparaît-il ? Relie ta réponse à la propriété « l’air occupe de l’espace ».

g) Propose une explication à la propriété inverse : pourquoi, si l’on ramenait ce même ballon (rempli du même gaz) au niveau du sol, son volume redeviendrait-il plus petit qu’en altitude ?

Mati Pro — Mathématiques & Physique · Chapitre 01 ·