Le ludion

Qu’est-ce qu’un ludion ?	C'est un objet technologique : un élément lesté, en équilibre dans l'eau, capable de monter ou descendre dans une bouteille remplie d'eau en fonction de la variation de pression exercée sur les parois de la bouteille.
Matériel	bouteille en plastique souple (style soda) - 1 tube de stylo à bille transparent (ou paille ou capuchon de stylo) - des attaches parisiennes pour le lest - 1 rouleau de scotch - 1 élastique pour fixer les attaches autour du stylo – de l’eau.

Préparation	Exemple tiré du site de l’école de Marsac
Appliquer sur le tube un morceau de scotch pour boucher l'orifice puis lester le bas du tube avec 4 à 6 attaches parisiennes
Pour que le ludion soit équilibré, il faut le placer dans un seau d'eau et il ne doit pas dépasser de plus du quart de sa longueur
Remplir la bouteille d'au à ras bord. plonger le ludion dans la bouteille. Fermer hermétiquement la bouteille. S'assurer que le ludion reste en haut de la bouteille. Ne jamais renverser la bouteille. Si le ludion reste en bas, c'est qu'il est trop lourd, il faut alors enlever une ou 2 attaches.

Question (problématique : comment ?) Toute expérimentation part d’une question	Comment faire descendre le ludion sans renverser la bouteille ?
Observation : Quand on presse sur les parois de la bouteille, le ludion coule. Quand on relâche, il remonte à la surface.	Clic sur l’image pour un extrait vidéo

Observation détaillée : On refait l’expérimentation plusieurs fois pour une observation plus fine : quand on presse la bouteille, l’eau monte dans le stylo (ou la paille)

Comment ça marche ? :

C’est le principe de la flottabilité :
le volume du dispositif a changé mais la masse est la même.

On a changé la densité du système en le comprimant.

Le ludion descend et monte dans l'eau en fonction des changements d'équilibre entre le poids et la poussée de l'eau. Le poids d'un objet l'entraîne vers la terre, mais si l'objet est placé dans un liquide, une force appelée "flottabilité" agit dans le sens contraire. Cette poussée d'Archimède est égale au poids du liquide déplacé par l'objet. Un ludion bien étudié flotte tout juste de sorte que la poussée d'Archimède qui le pousse vers le haut soit légèrement supérieure au poids qui le tire vers le bas.
Le fait de comprimer les côtés de la bouteille pousse l'eau vers l'intérieur, mais ne la comprime pas. L'eau pousse l'air du ludion qui se comprime. On voit le niveau d'eau changer à l'intérieur.
Etant donné que la taille du ludion est la même, il déplace la même quantité d'eau que précédemment. Mais comme il contient plus d'eau, il est plus lourd. Lorsque le poids est supérieur à la poussée d'Archimède, le ludion coule.

Variations

On peut refaire l’expérience avec un ballon de baudruche légèrement gonflé et testé.

Liens

Le ludion est un sous marin de poche

Pour réinjecter de l’air, on utilise une pompe à air comprimé.

On ouvre les vannes en haut et en bas : elles se remplissent d’eau, le sous marin coule.

Avec les enfants

Mettre en évidence le lien entre le phénomène observé (enfoncement dans l’eau) et les modifications de volume des objets.

Défi : faire flotter une boule de pâte à modeler.