Ce dont vous aurez besoin :
- De la pâte à modeler (ou de la patafix)
- Une bouteille d’eau chaude, colorée pour une meilleure visibilité – la nôtre était à près de 70°C, soyez prudent(e)s !
- Un pot d’eau très froide
- Un stylo avec une coque transparente et sans petit trou
Pour aller plus loin :
La température décrit le degré d'agitation des atomes ou des molécules dans un matériau. Si le matériau est froid, les atomes s'agitent moins que si le matériau est chaud; ils prennent alors moins de place et le volume du matériau diminue – et inversement. C’est l'un des facteurs qui contribuent à la montée du niveau de la mer en conséquence du réchauffement climatique. [1] Si on sait à l’avance à quel point un matériau va se contracter ou se dilater en réponse à une variation de la température, alors on peut également se servir de cette dilatation ou contraction pour estimer cette variation de température : c'est le principe de fonctionnement des thermomètres à mercure ou à alcool. Le LHC est refroidi à 1,9 K (-271,3 °C) pour que ses électro-aimants se trouvent dans un état supraconducteur ; ils se contractent généralement de 0,01 mm par mètre et par degré Celsius. Comme le LHC a une circonférence de 27 km, il subit au total une contraction de 81 m lorsqu'il est refroidi – une différence de longueur considérable ! [3] Pour l'anecdote, l'eau entre 0 et 4 °C présente la propriété inhabituelle d'une dilatation thermique négative, ce qui signifie qu'elle se dilate lorsqu'elle est refroidie dans cette plage de température. [4] C'est pour cette raison que la glace flotte sur l'eau liquide. En dehors de ces températures, le comportement thermique de l'eau est similaire à celui de nos électro-aimants.
Liens supplémentaires :
- [1] Exploratorium Science Snacks, Swelling seas. La source d'inspiration de cette activité.
- [2] Expansion joints, Wikipédia
- [3] Xabier Cid Vidal & Ramon Cid, Low temperatures, lhc-closer.es. La page sur les hautes températures d'un site de vulgarisation sur le LHC.
- [4] George Zaidan and Charles Morton, Why does ice float in water?, TED-Ed on YouTube (2013)