Mettre une feuille de papier sur un verre d'eau puis retourner le verre sans que la feuille tombe.

Pour faire cette expérience, il suffit de remplir un verre d'eau à ras bord puis de poser sur le verre une feuille (cartonée de préférence). Retourner le verre en maintenant le papier avec la main. Vous pouvez maintenan lacher la feuille, elle tient.

Cette expérience très simple nous permet de "voir" la pression atmosphérique à l'oeuvre. Elle nous permet également de se rendre compte que la pression atmosphérique s'exerce dans toutes les directions et non pas seulement de haut en bas comme on pourrait le croire !

La feuille de papier ne tombe pas . Elle est soumise à une force dirigée vers le haut qui est supérieure au poids du papier et de l'eau. Cette force est due à la pression atmosphérique qui s'exerce sur la face inférieure du papier. La pression atmosphérique ne s'exerce pas sur la face supérieure du papier car il n' y pas d'air au dessus du papier (mais que de l'eau).

Si le verre a une section de 30 cm² et contient 10 cm d'eau, la masse de cette eau est de 300 g et donc un poids = 3 N. Puisque le papier retient cette masse d'eau, c'est que la force exercée par la pression atmosphérique sur la surface de 30 cm² est supérieure à 3 N ; la pression atmosphérique doit donc être supérieur à 10³ Pa. (En effet, 1 Pascal correspond à l'action du force de 1 Newton sur une surface de 1 m² ; P = F / S ).

La pression atmosphérique varie d'un point à l'autre de la surface de la Terre et d'un jour à l'autre suivant les conditions climatiques. Si l'on ne s'élève pas trop haut en altitude, sa valeur est toujours proche de 10⁵ Pa. Cela signifie que sur une surface de 1 m² , la pression atmosphérique exerce une force de 10⁵ newtons , le poids de 10 tonnes !

Historique :

Les forces dues à la pression sont donc gigantesque. Cela fut démontré en 1654 par le physicien allemand Otto von Guéricke. Cette expérience est connue sous le nom d'expérience des "hémisphères de Magdebourg". Soit deux hémisphères de 40 cm de diamètre. Lorsqu'on les met l'un sur l'autre, on enferme alors à l'intérieur de cette boule de l'air à la pression atmosphérique. Les forces (dues à la pression) à l'intérieur et à l'extérieur qui agissent sur les coquilles sphériques se compensent et l'on peut donc ouvrir et fermer la boule sans difficulté.
Fermons maintenant cette boule en mettant les hémisphères l'un sur l'autre puis aspirons l'air qui se trouve à l'intérieur. La pression devient alors beaucoup plus faible à l'intérieur qu'à l'extérieur . Les forces de pression extérieures sont beaucoup plus fortes que les forces de pression intérieures. A tel point qu'il est très difficile d'ouvrir à nouveau la boule . En effet, à Magdebourg, en attelant 8 chevaux de chaque côté, on n'est pas parvenu à séparer les deux hémisphères.