Les fluides

Notes
d'études
secondaires
Sciences et technologie 316
Les fluides et la pression
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1- Les fluides
Un fluide est une substance qui a la capacité de se répandre et de prendre la forme du
contenant dans lequel elle se trouve.
Exemples : les liquides, les gaz, autres mélanges.
Le sable n’en est pas. Lorsqu’il coule, il forme un tas au lieu d’une
surface lisse.
Les fluides compressibles
Un fluide compressible est un fluide dont le volume peut varier.
Exemples : les gaz (air, gaz intestinaux...)
Les fluides incompressibles
Un fluide incompressible est un fluide dont le volume NE peut presque PAS varier.
Exemples : les liquides, fluides corporels (sang, urine, salive, mucus...)
2 – La pression exercée par les objets physiques:
La pression résulte d’une force appliquée perpendiculairement à une surface.
Une force est une action qui modifie le mouvement d’un objet ou crée une déformation de
l’objet.
L’aire est la dimension d’une surface d’un objet.
Facteurs qui influent la pression :
-
Lorsque l’aire de la surface de contact est constante, la pression augmente au fur
et à mesure que la force augmente. La force et la pression varient dans le même
sens.
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-
Si la force exercée perpendiculairement à une surface est constante, la pression
augmente au fur et à mesure que l’aire de la surface diminue. L’aire de la surface
et la pression varient en sens inverse.
Cela s’écrit sous la forme de l’équation suivante :
Variable: F
Nom: Force
Unité: Newton
Symbole de l'unité: N
Variable: P
Nom: Pression
Unité: Pascal
Symbole de l'unité: Pa
Variable: A
Nom: Aire ou surface
Unité: mètre carré
Symbole de l'unité: m2
P = F/A
Notez l'équivalence suivante entre les unités: 1 Pa = 1 N / 1 m2
Ça veut dire que , si F
3–
,P
et si A . P
La pression exercée par les fluides
En règle générale, la pression qu’un fluide exerce, en un point donné, est la même dans
toutes les directions.
Fluides incompressibles:
Dans un fluide incompressible, la pression à une certaine profondeur, h, provient de la force
de gravité exercée par la masse du fluide qui se trouve au-dessus. Plus la particule est
profonde, plus elle ressent une pression importante.
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Les particules sont peu
profondes. Elles ne
ressentent pas une forte
pression. Elle ne sont pas
éjectées très loin.
Les particules sont
profondes. Elles
ressentent une forte
pression. Elles sont
éjectées plus loin.
On peut écrire la relation entre les différents facteurs à l'aide de la formule suivante:
Variable: g
Nom: accélération gravitationnelle
Unité: Newton par kilogramme
Symbole de l'unité: N/kg
Valeur sur Terre: ~10 N/kg
Variable: P
Nom: Pression
Unité: Pascal
Symbole de l'unité: Pa
P=ρxgxh
Variable: h
Nom: Hauteur
Unité: mètre
Symbole de l'unité: m
Variable: ρ
Nom: Densité
Unité: kg par mètre cube
Symbole de l'unité: kg/m3
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Donc, la pression exercée sur un objet plongé dans un fluide incompressible dépend de :
-
la profondeur, h, à laquelle se trouve l’objet dans le fluide;
-
la masse volumique (ρ) du fluide.
Fluides compressibles:
Dans un fluide compressible, la pression sur un objet immergé dans ce fluide provient des
forces exercées par les particules du fluide lors des collisions avec cet objet. Plus il y a des
collisions, plus la pression est grande.
Les facteurs qui déterminent le nombre de collisions :
-
le nombre de particules de fluide. Plus il y a de particules, plus il y a de collisions.
-
la température du fluide. Plus la température est élevée, plus la vitesse des
particules est grande et, par conséquent, le nombre de collisions est grand.
-
le volume du fluide. Plus le volume est grand, plus rares sont les collisions.
La température constante, lorsqu’on diminue le volume d’un fluide compressible, ses
particules se rapprochent. Donc, le nombre de collisions augmente, ce qui augmente la
pression.
À température constante, le volume d’un fluide compressible est inversement proportionnel à
la pression. Si l’on augmente la pression, le volume diminue et vice versa.
Pression modifiée
Pression de départ
P1 x V1 = P2 x V2 = constante
Volume de départ
R = 8.31kPa/L
Nouveau volume
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Applications
-
récupération des ballons-sondes utilisés en météorologie.
-
déformation du tympan et moyens pour faire disparaître l’inconfort ressenti
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La pression atmosphérique
La pression atmosphérique est la pression exercée par la couche d’air qui entoure la Terre.
-
La pression atmosphérique est considérable : 101,3 kPa, au niveau de la mer.
-
On peut la déduire à l'aide de l' expérience: de Otto von Guericke
a) On prend 2 hémisphères de métal qui peuvent être jointes.
b) On enlève l'air avec une pompe à vide
c)
La pression atmosphérique est assez puissante pour retenir les 2 demi-sphères
ensemble. Le métal qui a une bonne épaisseur résiste à la poussée. Un matériel plus
faible s'écraserait sous la pression.
La pression atmosphérique est mesurée à l’aide du baromètre.
Fonctionnement du baromètre à mercure.
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4 – Les mécanismes liés aux variations de pression des fluides
Il y a 3 principes généraux à la base du fonctionnement de ces mécanismes .
Principe 1 : Un fluide se déplace naturellement d’un endroit ayant une pression plus élevée
vers un endroit ayant une pression moins élevée. Les variations de pression entraînent la
circulation du fluide. C'est en suivant ce principe que le sang et l'oxygène peuvent circuler
dans le corps humain.
Principe 2 (de Pascal) :Lorsqu’on applique une pression à la surface d’un fluide qui se
trouve dans un milieu fermé, cette pression se répartit uniformément dans tout le fluide
C'est l'explication de la tension artériel.
(ex. : le frein à disque ).
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Principe 3 : Le transfert de pression dans un fluide peut permettre d’amplifier une force (ex. :
les mécanismes hydrauliques procurent un avantage mécanique).
Les mécanismes naturels :
-
Le cœur fonctionne comme une pompe. Il fournit les variations de pression
nécessaires pour faire circuler le sang dans tout le corps. Dans les artères, la
pression varie entre 120 mm Hg (16 kPa) et 76 mm Hg (10 kPa), tandis que dans
les veines, elle est pratiquement nulle.
-
Les variations du volume des poumons entraînent des variations de pression qui
permettent l’entrée et la sortie de l’air .
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-
Le vent dépend des variations de pression atmosphérique. Il est un déplacement
d’air d’une zone de haute pression (A) vers une zone de basse pression (D) .
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