Ludion (physique)

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Le ludion est un montage de physique (ou un jouet) illustrant la forte compressibilité de l'air (par rapport à l'eau, très peu compressible) : un objet creux et rempli d'air est immergé dans un récipient fermé par une membrane. L'air qu'il contient sert à le faire flotter. L'apparition d'une pression sur la membrane fait descendre l'objet creux et l'arrêt de la pression le fait remonter.

Intervient en premier lieu la transmission de la pression par le liquide : celui-ci ne pouvant en première approximation pas être comprimé^[1], il transmet la pression à l'air se trouvant dans l'objet creux. L'air se comprime et son volume diminue. Cet air prend alors moins de place. La place libérée par l'air est alors occupée par le liquide. L'objet descend donc car la poussée d'Archimède qu'il subit diminue par la perte de volume de la bulle d'air qui le fait flotter. Le ludion coule car son accélération prend alors les mêmes directions et sens que ceux de la nouvelle résultante des forces appliquées en son centre de gravité.

C'est le principe du ballast des sous-marins.

Ce principe permet aussi de montrer la diminution du volume d'air avec l'augmentation de la profondeur lorsque l'on pratique la plongée sous-marine : plus l'on descend, plus le plongeur consomme une grande quantité d'air à chaque inspiration, puisqu'à volume constant (V1=V2), la quantité d'air contenue dans les poumons augmente avec la profondeur selon la loi de Mariotte : P₁×V₁ = P₂×V₂, P étant la pression, V le volume, 1 l'état initial et 2 l'état final.

De même, un ballon gonflé a un volume plus important à la surface de l'eau qu'au fond. Remarquons que la sensibilité du ludion à la pression est trop faible pour en faire un baromètre, devant les autres paramètres (solubilité de l'air dans l'eau, température…).