Les fluides - Pasyo Science

SynergieGuidePFLP_2
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système est le pourcentage de l’énergie consommée
par cette machine ou ce système qui a été transformé en énergie utile.
15. a) Quel est le rendement énergétique d’une
grue qui consomme 15 250 J pour effectuer
un travail de 3 500 J ? 23 %
b) Quel est le rendement énergétique d’un
tracteur qui consomme 20 000 J pour
soulever une pierre de 200 kg à une hauteur
de 3 m ? 29 %
La distinction entre chaleur et température
ST
STE
ATS
(manuel, page 156)
16. a) Qu’est-ce que la température ? La température est une mesure du degré d’agitation des
atomes et des molécules.
b) Qu’est-ce que la chaleur ? La chaleur est un
transfert d’énergie entre deux systèmes de températures différentes.
17. Une bouilloire A contient 1 kg d’eau à 100 °C et
une bouilloire B contient 1 kg d’eau à 90 °C.
Indiquez si les énoncés suivants sont vrais ou
faux. Si un énoncé est faux, reformulez-le afin
qu’il traduise correctement la situation.
a) Si l’on plonge la bouilloire B dans un
bac d’eau à 20 °C, elle transférera plus
d’énergie thermique à l’eau du bac que ne
le ferait la bouilloire A. Faux. Si l’on plonge
la bouilloire B dans un bac d’eau à 20 °C,
la bouilloire A transférera plus d’énergie
thermique à l’eau du bac que ne le ferait
la bouilloire B.
b) Si l’on plonge la bouilloire A dans un bac
d’eau à 20 °C, l’énergie thermique sera
transférée de l’eau du bac vers celle de la
bouilloire. Faux. Si l’on plonge la bouilloire A
dans un bac d’eau à 20 °C, l’énergie thermique
SECTION
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sera transférée de l’eau de la bouilloire vers
l’eau du bac.
c) Si l’on mélange l’eau de la bouilloire A avec
celle de la bouilloire B, la température de
l’eau sera la même que celle de la
bouilloire A. Faux. Si l’on mélange l’eau de la
bouilloire A avec celle de la bouilloire B, la température de l’eau sera comprise entre 90 °C et
100 °C.
La relation entre l’énergie thermique,
la capacité thermique massique, la masse
et la variation de température STE SE
(manuel, pages 157 à 159)
18. Qu’est-ce que la capacité thermique massique ?
La capacité thermique massique correspond à la
quantité d’énergie thermique qu’il faut transférer
à un gramme de substance pour augmenter sa
température de 1 °C.
19. La capacité thermique massique de l’eau est de
4,19 J/g °C. Calculez la quantité de chaleur
nécessaire pour élever de 30 °C la température
de 240 g d’eau. 3,02 10 4 J
20. La capacité thermique massique de l’eau est de
4,19 J/g °C et celle du cuivre est de 0,39 J/g °C.
Si l’on chauffe 10 g d’eau et 10 g de cuivre à
25 °C :
a) laquelle des deux substances emmagasinera le plus d’énergie thermique ? Justifiez
votre réponse. Les 10 g d’eau emmagasineront plus d’énergie thermique que les 10 g
de cuivre, car les deux masses sont égales et
la capacité thermique massique de l’eau est
supérieure à celle du cuivre.
b) laquelle des deux substances verra sa température augmenter le plus rapidement ?
Le cuivre.
Les fluides
Manuel, page 171
Le principe d’Archimède
ATS
(manuel,
pages 166 et 167)
1. a) Qu’est-ce que la poussée d’Archimède ?
La poussée d’Archimède est une force verticale
dirigée vers le haut qui s’exerce sur tout corps
introduit dans un fluide. Son intensité est égale
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Synergie • Chapitre 1 • Univers matériel
au poids du fluide que le corps déplace,
c’est-à-dire au poids du fluide dont le corps
a pris la place.
b) À quel type de force la poussée
d’Archimède s’oppose-t-elle ?
Elle s’oppose à la force gravitationnelle.
Reproduction autorisée © Les Éditions de la Chenelière inc.
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2. a) Comment nomme-t-on la capacité d’un
objet de flotter dans un fluide ?
La flottabilité.
b) Quelles sont les trois situations qui peuvent
se produire lorsqu’un objet est introduit
dans un fluide ? Si la poussée d’Archimède
est inférieure au poids de l’objet, alors l’objet
s’enfonce dans le fluide.
Si la poussée d’Archimède est égale au poids
de l’objet, alors l’objet reste suspendu dans le
fluide.
Si la poussée d’Archimède est supérieure au
poids de l’objet, alors l’objet monte dans le
fluide.
3. L’illustration suivante présente deux objets
de même poids immergés dans l’eau. Expliquez
pourquoi l’objet A flotte alors que l’objet B
coule.
A
B
remplis d’un fluide et reliés entre eux. En exerçant
une force sur le piston ayant la plus petite surface,
on crée une pression qui est transmise dans le
second cylindre. Cette pression agit sur le piston du
second cylindre : comme la surface du second piston
est plus grande, cette pression se traduit par une
force plus importante que celle que l’on exerce sur le
premier piston.
6. Qu’est-ce que l’avantage mécanique ?
L’avantage mécanique est la multiplication de la
force par un système mécanique.
7. On exerce une force de 240 N sur le petit piston
d’un vérin hydraulique. À l’autre extrémité, le
grand piston arrive à supporter en hauteur un
objet ayant un poids de 1 200 N. Combien
de fois la surface du grand piston est-elle
supérieure à celle du petit piston ?
Dans un système hydraulique, le rapport des forces
est égal au rapport des surfaces. La force générée
par le grand piston est 5 fois (1 200 N/240 N = 5)
supérieure à celle exercée sur le petit piston. La surface du grand piston est donc 5 fois plus grande que
celle du petit piston.
Le principe de Bernoulli
ATS
(manuel,
page 170)
Puisque leur poids est le même, seule la poussée
d’Archimède est différente. Pour l’objet A, la
poussée d’Archimède est égale à son poids quand
seulement une partie de l’objet est immergée : donc
il flotte. Pour B, même quand l’objet est complètement submergé (B déplace alors un volume maximal
d’eau), la poussée d’Archimède reste inférieure à
son poids : donc il coule.
Le principe de Pascal
ATS
(manuel, pages 168
et 169)
4. Quelle est la différence entre un fluide
compressible et un fluide incompressible ?
Un fluide compressible (gaz) voit son volume diminuer sous l’effet de la pression, car l’espace entre
ses particules est grand et peut être diminué. Un
fluide incompressible (liquide) conserve le même
volume sous l’effet de la pression, car l’espace entre
ses particules ne peut être réduit davantage.
8. Donnez quelques exemples d’applications technologiques en lien avec le principe de Bernoulli.
Le principe de Bernoulli permet de concevoir des
réseaux d’aqueducs, d’améliorer l’aérodynamisme
des véhicules, de concevoir des fuselages et des
ailes qui assurent suffisamment de portance pour
permettre le vol d’un avion.
9. Décrivez comment s’écoule un fluide
(pression et vitesse) sur la face supérieure et
sur la face inférieure d’une aile d’avion.
L’air s’écoule beaucoup plus rapidement sur la face
supérieure de l’aile que sous la face inférieure. Ainsi,
selon le principe de Bernoulli, la pression exercée
sous l’aile est plus élevée que la pression exercée
sur l’aile.
10. Qu’est-ce que la portance ? La portance est
la force perpendiculaire à l’orientation du mouvement d’un objet dans un fluide.
5. Expliquez comment un vérin hydraulique permet
de multiplier une force. Un vérin hydraulique comporte deux cylindres de diamètres différents qui sont
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Synergie • Chapitre 1 • Univers matériel
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