Surfaces hydrophobes

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Des gouttes rebondissantes
Préparé pour : Olympiades de Physique Préparé par : Louis Arranz, Guillaume Frencia et Adrien Lagouge Date : 09/12/2009

Des Gouttes Rebondissantes

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Sommaire

Introduction

I Qu’est ce qu’une goutte ?
 1) Notions de base a) La forme b) La taille  2) La tension superficielle a) Expériences b) Définition et propriétés c) Origine microscopique de latension superficielle

II Mouillage des gouttes et hydrophobies
 1) Mouillage des gouttes  2) Hydrophobie et Hydrophilie

III Le rebond des gouttes
 1) Comment une goutte peut-elle rebondir ?  2) Propriétés des rebonds de gouttes  3) Analogie Goutte/Ressort

Conclusion IV Annexes

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Introduction
Les gouttes d’eau sont partout autour de nous :sous la douche, quand il pleut… Cependant l’apparente simplicité de leur nature cache en réalité une multitude de phénomènes observables à tous les niveaux d’étude. Il nous est ainsi apparu très intéressant d’étudier la goutte d’eau dans son ensemble et au fil de nos recherches, nous avons découvert une particularité aussi surprenante que spectaculaire des gouttes, qui est leur faculté de rebondircomme des balles de tennis sous certaines conditions. C’est le côté assez incongru et inhabituel de ces rebonds de gouttes qui nous a d’abord séduits et nous avons décidé de comprendre plus en détail les paramètres qui les régissent. Après nos premières observations, nous avons rapidement compris que, dans tous ce qui concerne les gouttes et plus particulièrement les gouttes d’eau, la « tensionsuperficielle » des liquides était une des grandeurs incontournables que nous devions absolument découvrir. En effet, au lycée, il n’est jamais fait allusion à ce genre de forces très particulières qui régissent pourtant beaucoup de phénomènes dont les manifestations sont quotidiennes. Notre étude s’est donc tout d’abord portée sur les multiples propriétés des gouttes d’eau et notre démarcheexpérimentale nous a permis de mettre en lumière et de mieux percevoir les nombreux événements qui peuvent apparaître lors du rebond d’une goutte.

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I) Qu’est ce qu’une goutte ?
1) Notions de base a) La forme
Au niveau macroscopique la forme d’une goutte d’eau n’est pas réellement observable. En effet dans la vie de tous les jours une goutte d’eau estreprésentée au même titre qu’une larme par un simple trait. Cette simplification de la goutte d’eau s’avère en réalité totalement fausse. Lorsqu’on étudie la chute d’une goutte d’eau à l’aide d’une webcam, nous pouvons ainsi nous rendre compte qu’une goutte est parfaitement ronde. La goutte d’eau va maintenir cette forme de sphère jusqu’à ce qu’un choc ne vienne la déformer. Sa forme sera alors au débuttotalement aléatoire mais tendra progressivement à redevenir une sphère quasi parfaite.

b) La taille
La taille d’une goutte est régie par de nombreux phénomènes physiques, qui entraînent que le diamètre d’une goutte ne pourra jamais dépasser 6 mm, et pour cause, car si les gouttes dépassaient cette limite, elles exploseraient d’un seul coup. Nous allons expliquer un des aspects qui restreint lataille d’une goutte d’eau : admettons qu’une goutte soit très grosse (de diamètre supérieur à 6 mm). Cette goutte va être soumise à un poids plus grand qu’une goutte « classique ». La tension superficielle, force que nous détaillerons plus tard et qui oblige la goutte à rester sphérique, ne peut alors plus compenser les forces qui s’appliquent sur la goutte : celle-ci ne restera plus ronde etéclatera.

2) La tension superficielle
a) Expériences
Lorsqu’on essaie d’étirer une goutte, on observe que dès que la force imprimée à cette goutte cesse, celleci va tendre à redevenir sphérique sous l’effet d’une force inconnue. Voici quelques expériences que nous avons menées afin de mettre en lumière cette force que l’on nomme « tension superficielle » et afin de mieux percevoir ses effets :...
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