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Fluide au repos
M.Fabbro
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I - Description d’un fluide1 - Définition2 - Description microscopique3 - Description macroscopique
a - La masse volumique ρ
b - La température Tc - La pression p
II - Notion de pression1 - Force pressante2 - Pression
III - Pression atmosphérique1 - De quels facteursdépend-elle ?
a - L’altitudeb - La météo
2 - Valeurs
IV - Mesure d’une pression1 - Les appareils2 - Les unités
V - Loi de Boyle MariotteVI - Loi de l’hydrostatique
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I - Description d’un fluide1 - Définition
I - Description d’un fluide1 - Définition2 - Description microscopique3 - Description macroscopique
a - La masse volumique ρ
b - La température Tc - La pression p
II - Notion de pression1 - Force pressante2 - Pression
III - Pression atmosphérique1 - De quels facteursdépend-elle ?
a - L’altitudeb - La météo
2 - Valeurs
IV - Mesure d’une pression1 - Les appareils2 - Les unités
V - Loi de Boyle MariotteVI - Loi de l’hydrostatique
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I - Description d’un fluide1 - Définition
Un fluide est un corps susceptible de s’
écouler
. Il est déformable et n’apas de forme
propre
: il prend la forme du récipient qui le contient.
Un fluide correspond donc principalement à l’état
liquide
et à l’état
gazeux
.
Définition
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I - Description d’un fluide1 - Définition
Un fluide est un corps susceptible de s’écouler. Il est déformable et n’apas de forme
propre
: il prend la forme du récipient qui le contient.
Un fluide correspond donc principalement à l’état
liquide
et à l’état
gazeux
.
Définition
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I - Description d’un fluide1 - Définition
Un fluide est un corps susceptible de s’écouler. Il est déformable et n’apas de forme propre : il prend la forme du récipient qui le contient.
Un fluide correspond donc principalement à l’état
liquide
et à l’état
gazeux
.
Définition
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I - Description d’un fluide1 - Définition
Un fluide est un corps susceptible de s’écouler. Il est déformable et n’apas de forme propre : il prend la forme du récipient qui le contient.
Un fluide correspond donc principalement à l’état liquide et à l’état
gazeux
.
Définition
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I - Description d’un fluide1 - Définition
Un fluide est un corps susceptible de s’écouler. Il est déformable et n’apas de forme propre : il prend la forme du récipient qui le contient.
Un fluide correspond donc principalement à l’état liquide et à l’étatgazeux.
Définition
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I - Description d’un fluide2 - Description microscopique
I - Description d’un fluide1 - Définition2 - Description microscopique3 - Description macroscopique
a - La masse volumique ρ
b - La température Tc - La pression p
II - Notion de pression1 - Force pressante2 - Pression
III - Pression atmosphérique1 - De quels facteursdépend-elle ?
a - L’altitudeb - La météo
2 - Valeurs
IV - Mesure d’une pression1 - Les appareils2 - Les unités
V - Loi de Boyle MariotteVI - Loi de l’hydrostatique
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I - Description d’un fluide2 - Description microscopique
À l’état liquide, les particules sont
proches
les unes des autres etpeuvent facilement se déplacer les unes par rapport aux autres.
À l’état gazeux, les particules sont
éloignées
les unes des autres et enmouvement désordonné les unes par rapport aux autres.
Définition
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I - Description d’un fluide2 - Description microscopique
À l’état liquide, les particules sont proches les unes des autres etpeuvent facilement se déplacer les unes par rapport aux autres.
À l’état gazeux, les particules sont
éloignées
les unes des autres et enmouvement désordonné les unes par rapport aux autres.
Définition
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I - Description d’un fluide2 - Description microscopique
À l’état liquide, les particules sont proches les unes des autres etpeuvent facilement se déplacer les unes par rapport aux autres.
À l’état gazeux, les particules sont éloignées les unes des autres et enmouvement désordonné les unes par rapport aux autres.
Définition
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I - Description d’un fluide3 - Description macroscopique
I - Description d’un fluide1 - Définition2 - Description microscopique3 - Description macroscopique
a - La masse volumique ρ
b - La température Tc - La pression p
II - Notion de pression1 - Force pressante2 - Pression
III - Pression atmosphérique1 - De quels facteursdépend-elle ?
a - L’altitudeb - La météo
2 - Valeurs
IV - Mesure d’une pression1 - Les appareils2 - Les unités
V - Loi de Boyle MariotteVI - Loi de l’hydrostatique
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I - Description d’un fluide3 - Description macroscopique
Il est impossible de connaître le comportement de chaque particuleconstituant un fluide.
Pour décrie un fluide, des grandeurs macroscopiques sont utilisées,elles sont en lien avec sa nature microscopique.
Remarques :
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I - Description d’un fluide3 - Description macroscopique
I - Description d’un fluide1 - Définition2 - Description microscopique3 - Description macroscopique
a - La masse volumique ρ
b - La température Tc - La pression p
II - Notion de pression1 - Force pressante2 - Pression
III - Pression atmosphérique1 - De quels facteursdépend-elle ?
a - L’altitudeb - La météo
2 - Valeurs
IV - Mesure d’une pression1 - Les appareils2 - Les unités
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I - Description d’un fluide3 - Description macroscopique
La masse volumique ρ, est liée au nombre de
particules
par unité de
volume
. Elle s’exprime en
kg · m−3
. La masse volumique des liquidesest
supérieure
à celle des gaz.
Définition
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I - Description d’un fluide3 - Description macroscopique
La masse volumique ρ, est liée au nombre de particules par unité de
volume
. Elle s’exprime en
kg · m−3
. La masse volumique des liquidesest
supérieure
à celle des gaz.
Définition
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I - Description d’un fluide3 - Description macroscopique
La masse volumique ρ, est liée au nombre de particules par unité devolume. Elle s’exprime en
kg · m−3
. La masse volumique des liquidesest
supérieure
à celle des gaz.
Définition
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I - Description d’un fluide3 - Description macroscopique
La masse volumique ρ, est liée au nombre de particules par unité devolume. Elle s’exprime en kg · m−3. La masse volumique des liquidesest
supérieure
à celle des gaz.
Définition
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I - Description d’un fluide3 - Description macroscopique
La masse volumique ρ, est liée au nombre de particules par unité devolume. Elle s’exprime en kg · m−3. La masse volumique des liquidesest supérieure à celle des gaz.
Définition
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I - Description d’un fluide3 - Description macroscopique
I - Description d’un fluide1 - Définition2 - Description microscopique3 - Description macroscopique
a - La masse volumique ρ
b - La température Tc - La pression p
II - Notion de pression1 - Force pressante2 - Pression
III - Pression atmosphérique1 - De quels facteursdépend-elle ?
a - L’altitudeb - La météo
2 - Valeurs
IV - Mesure d’une pression1 - Les appareils2 - Les unités
V - Loi de Boyle MariotteVI - Loi de l’hydrostatique
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I - Description d’un fluide3 - Description macroscopique
La température, notée T , est une grandeur liée à l’
agitation
des parti-cules. Elle s’exprime en kelvins (K) :
T (K) = θ(°C) + 273, 15
. Plus latempérature est élevée, plus les particules sont agitées.
Définition
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I - Description d’un fluide3 - Description macroscopique
La température, notée T , est une grandeur liée à l’agitation des parti-cules. Elle s’exprime en kelvins (K) :
T (K) = θ(°C) + 273, 15
. Plus latempérature est élevée, plus les particules sont agitées.
Définition
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I - Description d’un fluide3 - Description macroscopique
La température, notée T , est une grandeur liée à l’agitation des parti-cules. Elle s’exprime en kelvins (K) : T (K) = θ(°C) + 273, 15. Plus latempérature est élevée, plus les particules sont agitées.
Définition
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I - Description d’un fluide3 - Description macroscopique
I - Description d’un fluide1 - Définition2 - Description microscopique3 - Description macroscopique
a - La masse volumique ρ
b - La température Tc - La pression p
II - Notion de pression1 - Force pressante2 - Pression
III - Pression atmosphérique1 - De quels facteursdépend-elle ?
a - L’altitudeb - La météo
2 - Valeurs
IV - Mesure d’une pression1 - Les appareils2 - Les unités
V - Loi de Boyle MariotteVI - Loi de l’hydrostatique
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I - Description d’un fluide3 - Description macroscopique
La pression, notée p, est définie en tout point du fluide et traduit la
poussée
qu’il s’exerce sur la paroi. La pression est due aux
chocs
desmolécules du fluide contre les parois du récipient.
Définition
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I - Description d’un fluide3 - Description macroscopique
La pression, notée p, est définie en tout point du fluide et traduit lapoussée qu’il s’exerce sur la paroi. La pression est due aux
chocs
desmolécules du fluide contre les parois du récipient.
Définition
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I - Description d’un fluide3 - Description macroscopique
La pression, notée p, est définie en tout point du fluide et traduit lapoussée qu’il s’exerce sur la paroi. La pression est due aux chocs desmolécules du fluide contre les parois du récipient.
Définition
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II - Notion de pression1 - Force pressante
I - Description d’un fluide1 - Définition2 - Description microscopique3 - Description macroscopique
a - La masse volumique ρ
b - La température Tc - La pression p
II - Notion de pression1 - Force pressante2 - Pression
III - Pression atmosphérique1 - De quels facteursdépend-elle ?
a - L’altitudeb - La météo
2 - Valeurs
IV - Mesure d’une pression1 - Les appareils2 - Les unités
V - Loi de Boyle MariotteVI - Loi de l’hydrostatique
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II - Notion de pression1 - Force pressante
Un fluide exerce sur les parois du récipient qui le contient un grandnombre de chocs (aspect microscopique). Il en résulte une force appeléeforce pressante. Cette force est toujours
perpendiculaire
à la surface surlaquelle elle agit.
Définition
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II - Notion de pression1 - Force pressante
Un fluide exerce sur les parois du récipient qui le contient un grandnombre de chocs (aspect microscopique). Il en résulte une force appeléeforce pressante. Cette force est toujours perpendiculaire à la surface surlaquelle elle agit.
Définition
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II - Notion de pression2 - Pression
I - Description d’un fluide1 - Définition2 - Description microscopique3 - Description macroscopique
a - La masse volumique ρ
b - La température Tc - La pression p
II - Notion de pression1 - Force pressante2 - Pression
III - Pression atmosphérique1 - De quels facteursdépend-elle ?
a - L’altitudeb - La météo
2 - Valeurs
IV - Mesure d’une pression1 - Les appareils2 - Les unités
V - Loi de Boyle MariotteVI - Loi de l’hydrostatique
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II - Notion de pression2 - Pression
L’état d’un gaz ou liquide exerçant une force pressante de valeur Fsur une surface S, est décrit par une grandeur macroscopique appeléepression telle que :
P =FS
Pression dufluide (Pa)
Force pressante(N)
Surface paroi(m2)
Définition
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II - Notion de pression2 - Pression
Le Pa peut aussi s’exprimer en N · m−2.Remarque :
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II - Notion de pression2 - Pression
I Quelle est la pression exercée par les pattes d’un éléphant de5,0 tonnes si l’on admet qu’il est immobile et que la surface decontact de chacune de ses pattes avec le sol est un disque de30 cm de diamètre ?
Pour une patte :
P=14 × m × g
S
=14 × 5,0 × 103 × 9, 8
π × (15 × 10−2)2
= 1,7 × 105 Pa
Exercice d’application :
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II - Notion de pression2 - Pression
I Quelle est la pression exercée par les pattes d’un éléphant de5,0 tonnes si l’on admet qu’il est immobile et que la surface decontact de chacune de ses pattes avec le sol est un disque de30 cm de diamètre ?Pour une patte :
P=14 × m × g
S
=14 × 5,0 × 103 × 9, 8
π × (15 × 10−2)2
= 1,7 × 105 Pa
Exercice d’application :
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II - Notion de pression2 - Pression
I Comparer cette pression à celle exercée par les talons aiguillesd’une femme de 60 kg en admettant que leur surface vaut 1,0cm2 et qu’ils supportent chacun le quart de la force de pesanteurde la femme.
Pour un pied :
P=12 × 1
4 × 60 × 9, 8(1,0 × 10−4)2
= 7,4 × 109 Pa
Exercice d’application :
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II - Notion de pression2 - Pression
I Comparer cette pression à celle exercée par les talons aiguillesd’une femme de 60 kg en admettant que leur surface vaut 1,0cm2 et qu’ils supportent chacun le quart de la force de pesanteurde la femme.Pour un pied :
P=12 × 1
4 × 60 × 9, 8(1,0 × 10−4)2
= 7,4 × 109 Pa
Exercice d’application :
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III - Pression atmosphérique1 - De quels facteurs dépend-elle ?
I - Description d’un fluide1 - Définition2 - Description microscopique3 - Description macroscopique
a - La masse volumique ρ
b - La température Tc - La pression p
II - Notion de pression1 - Force pressante2 - Pression
III - Pression atmosphérique1 - De quels facteursdépend-elle ?
a - L’altitudeb - La météo
2 - Valeurs
IV - Mesure d’une pression1 - Les appareils2 - Les unités
V - Loi de Boyle MariotteVI - Loi de l’hydrostatique
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III - Pression atmosphérique1 - De quels facteurs dépend-elle ?
La pression atmosphérique diminue au fur et à mesure que l’altitudeaugmente (de 10 hPa tous les 100 m en moyenne jusqu’à 5000 m).
Remarque :
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III - Pression atmosphérique1 - De quels facteurs dépend-elle ?
I - Description d’un fluide1 - Définition2 - Description microscopique3 - Description macroscopique
a - La masse volumique ρ
b - La température Tc - La pression p
II - Notion de pression1 - Force pressante2 - Pression
III - Pression atmosphérique1 - De quels facteursdépend-elle ?
a - L’altitudeb - La météo
2 - Valeurs
IV - Mesure d’une pression1 - Les appareils2 - Les unités
V - Loi de Boyle MariotteVI - Loi de l’hydrostatique
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III - Pression atmosphérique1 - De quels facteurs dépend-elle ?
Un fluide se déplace toujours des
hautes
pressions vers les
basses
pres-sions.
Définition
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III - Pression atmosphérique1 - De quels facteurs dépend-elle ?
Un fluide se déplace toujours des hautes pressions vers les
basses
pres-sions.
Définition
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III - Pression atmosphérique1 - De quels facteurs dépend-elle ?
Un fluide se déplace toujours des hautes pressions vers les basses pres-sions.
Définition
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III - Pression atmosphérique1 - De quels facteurs dépend-elle ?
Un anticyclône est un lieu où la pression de l’air est plutôt élevée (entout cas pour de l’air atmosphérique).
Par contre, un endroit où il règne une basse pression est appelé dé-pression. Alors, comme pour la pompe à vélo, l’air circule de l’anti-cyclone vers la dépression.
Et il emmène les nuages avec lui !
Donc, il n’y a plus de nuage sous l’anticyclône (il fait beau), parcontre, il pleut sous la dépression ! La mesure de la pression atmo-sphérique permet donc de prévoir la météo.
Remarque : quel rapport avec le beau temps ?
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III - Pression atmosphérique2 - Valeurs
I - Description d’un fluide1 - Définition2 - Description microscopique3 - Description macroscopique
a - La masse volumique ρ
b - La température Tc - La pression p
II - Notion de pression1 - Force pressante2 - Pression
III - Pression atmosphérique1 - De quels facteursdépend-elle ?
a - L’altitudeb - La météo
2 - Valeurs
IV - Mesure d’une pression1 - Les appareils2 - Les unités
V - Loi de Boyle MariotteVI - Loi de l’hydrostatique
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III - Pression atmosphérique2 - Valeurs
La valeur moyenne de la pression atmosphérique vaut :
patm =
1,013 × 105 Pa = 1013 hPa
. Elle varie chez nous environ entre 980 hPa(vent plutôt fort) à 1030 hPa (temps très beau).
Définition
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III - Pression atmosphérique2 - Valeurs
La valeur moyenne de la pression atmosphérique vaut : patm =
1,013 × 105 Pa = 1013 hPa. Elle varie chez nous environ entre 980 hPa(vent plutôt fort) à 1030 hPa (temps très beau).
Définition
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IV - Mesure d’une pression1 - Les appareils
I - Description d’un fluide1 - Définition2 - Description microscopique3 - Description macroscopique
a - La masse volumique ρ
b - La température Tc - La pression p
II - Notion de pression1 - Force pressante2 - Pression
III - Pression atmosphérique1 - De quels facteursdépend-elle ?
a - L’altitudeb - La météo
2 - Valeurs
IV - Mesure d’une pression1 - Les appareils2 - Les unités
V - Loi de Boyle MariotteVI - Loi de l’hydrostatique
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IV - Mesure d’une pression1 - Les appareils
On utilise un
manomètre
:I à liquide
La dénivellation h entre les deux surfaces du liquide manométriquereprésente (en cm de liquide) la différence de pression (pgaz − patm).
I métalliqueLa déformation d’un boîtier métallique est transmise à une aiguille sedéplaçant devant un cadran.
I électroniqueUn capteur de pression produit un signal électrique qui est transmisà une afficheur.
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IV - Mesure d’une pression1 - Les appareils
On utilise un manomètre :I à liquide
La dénivellation h entre les deux surfaces du liquide manométriquereprésente (en cm de liquide) la différence de pression (pgaz − patm).
I métalliqueLa déformation d’un boîtier métallique est transmise à une aiguille sedéplaçant devant un cadran.
I électroniqueUn capteur de pression produit un signal électrique qui est transmisà une afficheur.
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IV - Mesure d’une pression2 - Les unités
I - Description d’un fluide1 - Définition2 - Description microscopique3 - Description macroscopique
a - La masse volumique ρ
b - La température Tc - La pression p
II - Notion de pression1 - Force pressante2 - Pression
III - Pression atmosphérique1 - De quels facteursdépend-elle ?
a - L’altitudeb - La météo
2 - Valeurs
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V - Loi de Boyle MariotteVI - Loi de l’hydrostatique
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IV - Mesure d’une pression2 - Les unités
I Le bar :
1 bar = 105 Pa
. C’est celle qu’on utilise pour gonflerles pneus de voiture par exemple : 1 bar est proche de la pressionatmosphérique (comparaison facile) et d’une valeur "ronde" (poursimplifier).
I L’atmosphère :
1 atm = 1,013 × 105 Pa
. Cette unité est souventemployée pour justement comparer une pression avec la pressionatmosphérique.
I Le cmHg (centimètre de mercure) : le baromètre de Toricelli conte-nant du mercure, on mesure la pression par la différence de hauteurh entre les deux niveaux de mercure, d’où une pression expriméeen cmHg (ou encore en mmHg).
Définition
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IV - Mesure d’une pression2 - Les unités
I Le bar : 1 bar = 105 Pa. C’est celle qu’on utilise pour gonflerles pneus de voiture par exemple : 1 bar est proche de la pressionatmosphérique (comparaison facile) et d’une valeur "ronde" (poursimplifier).
I L’atmosphère :
1 atm = 1,013 × 105 Pa
. Cette unité est souventemployée pour justement comparer une pression avec la pressionatmosphérique.
I Le cmHg (centimètre de mercure) : le baromètre de Toricelli conte-nant du mercure, on mesure la pression par la différence de hauteurh entre les deux niveaux de mercure, d’où une pression expriméeen cmHg (ou encore en mmHg).
Définition
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IV - Mesure d’une pression2 - Les unités
I Le bar : 1 bar = 105 Pa. C’est celle qu’on utilise pour gonflerles pneus de voiture par exemple : 1 bar est proche de la pressionatmosphérique (comparaison facile) et d’une valeur "ronde" (poursimplifier).
I L’atmosphère : 1 atm = 1,013 × 105 Pa. Cette unité est souventemployée pour justement comparer une pression avec la pressionatmosphérique.
I Le cmHg (centimètre de mercure) : le baromètre de Toricelli conte-nant du mercure, on mesure la pression par la différence de hauteurh entre les deux niveaux de mercure, d’où une pression expriméeen cmHg (ou encore en mmHg).
Définition
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V - Loi de Boyle Mariotte
I - Description d’un fluide1 - Définition2 - Description microscopique3 - Description macroscopique
a - La masse volumique ρ
b - La température Tc - La pression p
II - Notion de pression1 - Force pressante2 - Pression
III - Pression atmosphérique1 - De quels facteursdépend-elle ?
a - L’altitudeb - La météo
2 - Valeurs
IV - Mesure d’une pression1 - Les appareils2 - Les unités
V - Loi de Boyle MariotteVI - Loi de l’hydrostatique
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V - Loi de Boyle Mariotte
Pour un gaz, quel qu’il soit et à une température donnée, le produit deson volume par la pression qu’il subit est constant.
P × V = constantePression (Pa)
Volume du gaz (m3)
Définition
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V - Loi de Boyle Mariotte
Figure – Haute pression,faible volume
Figure – Pression diminue,volume augmente
Figure – Basse pression, grandvolume
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V - Loi de Boyle Mariotte
Plus la pression d’un gaz diminue, plus son volume augmente, viceet versa.
Remarque :
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V - Loi de Boyle Mariotte
On considère un volume d’air V1 = 1,0 L à une profondeur de 30 m :il est soumis à une pression P1 = 4,0 bar. Lorsqu’il remonte à lasurface, la pression atteint P2 = 1,0 bar. Quel est le nouveau volumedu ballon ?
On applique la loi de Boyle Mariotte :
P1 × V1 = P2 × V2
Soit :V2=
P1 × V1P2
=4, 0 × 1, 0
1, 0= 4,0 L
Exercice d’application :
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V - Loi de Boyle Mariotte
On considère un volume d’air V1 = 1,0 L à une profondeur de 30 m :il est soumis à une pression P1 = 4,0 bar. Lorsqu’il remonte à lasurface, la pression atteint P2 = 1,0 bar. Quel est le nouveau volumedu ballon ?
On applique la loi de Boyle Mariotte :
P1 × V1 = P2 × V2
Soit :V2=
P1 × V1P2
=4, 0 × 1, 0
1, 0= 4,0 L
Exercice d’application :
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VI - Loi de l’hydrostatique
I - Description d’un fluide1 - Définition2 - Description microscopique3 - Description macroscopique
a - La masse volumique ρ
b - La température Tc - La pression p
II - Notion de pression1 - Force pressante2 - Pression
III - Pression atmosphérique1 - De quels facteursdépend-elle ?
a - L’altitudeb - La météo
2 - Valeurs
IV - Mesure d’une pression1 - Les appareils2 - Les unités
V - Loi de Boyle MariotteVI - Loi de l’hydrostatique
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VI - Loi de l’hydrostatique
pB = pA ± ρfluide × g × (zA − zB)
Pression (Pa) Masse volumique (kg · m−3)
Intensité de pesanteur (N · kg−1) Altitudes (m)
Définition
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VI - Loi de l’hydrostatique
Le signe ± indique qu’il faut faire attention à l’orientation du l’axez . On se rappellera que la pression doit diminuer en altitude et aug-menter en profondeur.
À chaque fois qu’un plongeur descend de 10 m, la pression qu’il subitaugmente de un bar.
On appelle pression absolue, la somme de la pression atmosphériqueet de la pression de l’eau.
Remarques :
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VI - Loi de l’hydrostatique
On suppose un tonneau de 1 m de hauteur, avec un fond de 76 cmdiamètre et un tube de 1,0 cm de diamètre.I Calculer l’aire du fond du tonneau.I Exprimer la pression entre le bas et le haut du tonneau.I Déterminer la force pressante exercée sur la face interne puis
externe du tonneau. En déduire la résultante des forces quis’exercent sur le fond du tonneau.
I Déterminer le volume d’eau contenu dans le tube.I Calculer de nouveau la résultante des forces sur le fond du ton-
neau si l’on branche le tube.I Expliquer en quoi cette expérience peut sembler paradoxale.
Exercice d’application :
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