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Fiche de révision 11
QCM QUESTY |
DESCRIPTION D’UN FLUIDE AU REPOS |
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🔵 FICHE DE RÉVISION 01
CHAPITRE 11 – DESCRIPTION D’UN FLUIDE
AU REPOS
-
Un fluide est un milieu matériel
déformable constitué de particules en mouvement.
-
Les liquides et les gaz sont des
fluides.
-
➡️ Un fluide peut être au repos à
l’échelle macroscopique tout en étant constitué de particules en mouvement
incessant et désordonné à l’échelle microscopique.
-
Les trois grandeurs essentielles
pour décrire un fluide sont :
-
• Température
T → traduit
l’agitation microscopique.
-
• Pression
P → liée aux
chocs des particules.
-
• Masse volumique
ρ → traduit la
proximité des particules.
-
1.1. Qu’est-ce qu’un fluide ?
-
On appelle fluide :
-
• un liquide ;
-
• ou un gaz.
-
Un fluide est déformable et ne
possède pas de forme propre.
-
Liquide :

-
• État condensé.
-
• Particules proches les unes des
autres.
-
• Les particules peuvent se
déplacer les unes par rapport aux autres.
-
• Masse volumique généralement
importante.
-
• Considéré comme incompressible
dans les situations usuelles.
-
Gaz :

-
• État dispersé.
-
• Particules très éloignées les
unes des autres.
-
• Particules très mobiles.
-
• Gaz compressible.
-
• La masse volumique varie
notamment lorsque la pression varie.
-
➡️ À retenir :
-
Liquide ≈ incompressible
-
Gaz ≈ compressible
3)- 🟦 DESCRIPTION MICROSCOPIQUE /
MACROSCOPIQUE
|
Échelle
macroscopique |
Échelle
microscopique |
|
Le fluide
est au repos |
Les
particules sont en mouvement incessant |
|
Température
T |
Agitation
des particules |
|
Pression
P |
Chocs des
particules |
|
Masse
volumique ρ |
Proximité
des particules |
-
⭐ Point essentiel
-
« Au repos » ne signifie donc PAS
que les particules sont immobiles.
-
Un fluide au repos n'a simplement
pas de mouvement d'ensemble.
-
Lorsqu'un fluide est en contact
avec une paroi, il exerce sur celle-ci une
force pressante.
-
Cette force résulte des
chocs des particules du fluide contre la paroi.
-
Caractéristiques du vecteur force
pressante ![]()
-
📍 Point d'application
-
On choisit généralement le
centre de la surface pressée.
-
➡️ Direction
-
La force pressante est
perpendiculaire à la paroi.
-
➡️ Sens
-
Elle est dirigée
du fluide vers la paroi.
-
📏 Valeur
-
Elle s'exprime en
newtons (N).
-
Schéma :

-
⭐ FORMULE FONDAMENTALE
-
🟥 F = P × S
-
Avec :
-
F
: Force en newton (N)
-
P :
Pression en N . m–2
ou pascal (Pa)
-
S
: surface pressée en mètre carré (m2)
-
1 Pa = 1 N· m–2
-
🔑 Formules à savoir retrouver
-
F = P × S
-
P = F / S
-
S = F / P
-
💡 Interprétation
-
À pression constante :
-
➡️ si
S augmente,
alors F augmente.
-
➡️ si
S diminue,
alors F diminue.
-
⚠️ PIÈGE À ÉVITER
-
La surface
S doit être exprimée en
mètre carré (m2)
dans la formule si P
est exprimée en Pa.
-
Conversions utiles :
-
1 cm2
= 1 × 10–4 m2
-
1 mm2
= 1 × 10–6 m2
-
La pression mesure l'effet d'une
force répartie sur une surface.
-
Définition
-
Une pression de 1
pascal correspond à une force de 1 N exercée sur une surface de 1 m2.
-
Unité SI
-
P →
pascal (Pa)
-
Autres unités courantes :
-
1 bar = 105
Pa
-
1 hPa = 100 Pa.
-
1 mbar = 100
Pa
-
Donc :
-
1 bar = 1000 hPa
-
1 hPa = 1 mbar
6)- 🟨 PRESSION DANS UN LIQUIDE AU REPOS
-
Pour un liquide incompressible au
repos :
-
⭐ La pression augmente avec la
profondeur.
-
Plus on descend dans l'eau :
-
⬇️ profondeur augmente
-
⬇️
-
⬆️ pression augmente
-
🌊 Relation fondamentale de la
statique des fluides
-
🟥
PB
– PA
= ρ
. g . (
zA
– zB)
-
Avec :
-
PB,
PA:
pressions aux points A
et B →
Pa
-
ρ
: masse volumique du liquide → kg · m−3
-
g
: intensité de la pesanteur → N · kg−1
-
zA,
zB
: coordonnées verticales →
m
-
L'axe vertical
z est orienté vers le haut.
-
Schéma :

-
⭐ COMMENT RETENIR LE SENS DE LA
FORMULE ?
-
Si
B est
plus bas que
A :
-
zB
< zA
-
donc :
-
(
zA
– zB)
> 0
-
et donc :
-
PB
> PA
-
➡️
Plus on descend, plus la pression augmente.
7)- 🟦 CAS PARTICULIER : PROFONDEUR
h
-
Si la surface du liquide est à la
pression atmosphérique Pₐₜₘ
et qu'un point se trouve à une profondeur
h :
-
⭐ P = Pₐₜₘ
+ ρ . g . h
-
avec :
-
h
en mètres.
-
Cette relation est extrêmement
importante pour les exercices.
-
🌊 EXEMPLE : EAU
-
Pour l'eau :
-
ρ
≈ 1,0 × 103
kg · m−3
-
et :
-
g
≈ 9,81 N·kg−1
-
À environ
10 m de profondeur
:
-
P –
Pₐₜₘ = ρ
. g .
h.
≈ 1,0 × 103 × 9,81 ×
10
-
P –
Pₐₜₘ
≈ 9,81 × 104
Pa
-
soit environ :
-
1 × 105
Pa ≈ 1 bar.
-
➡️
En eau, la pression augmente approximativement de
1 bar tous les 10 m.
-
Dans un même liquide au repos :
-
⭐ Deux points situés à la même
altitude ont la même pression.
-
Si :
-
zA
= zB
-
alors :
-
PA
= PB
-
C'est une propriété très utile pour
les exercices.
9)- 🟧 PRESSION ABSOLUE ET PRESSION
ATMOSPHÉRIQUE
-
La pression totale à une profondeur
donnée comprend :
-
pression atmosphérique + pression
due au liquide
-
Donc :
-
P = Pₐₜₘ
+ ρ . g . h
-
⚠️ Ne pas oublier
Pₐₜₘ lorsque
l'on demande la pression absolue.
-
💡 ASTUCE PLONGÉE
-
À la surface :
P ≈ 1 bar
-
À 10 m :
P ≈ 2 bar
-
À 20 m :
P ≈ 3 bar
-
À 30 m :
P ≈ 4 bar
-
À 40 m :
P ≈ 5 bar
-
➡️
La pression totale est approximativement égale à
1 bar + 1 bar par tranche de 10 m.
10)- 🟨 LA PRESSION DANS UN GAZ
-
Contrairement à un liquide, un gaz
est compressible.
-
Si on comprime un gaz :
-
➡️ son volume diminue ;
-
➡️ sa pression augmente.
-
Si on laisse le gaz se détendre :
-
➡️ son volume augmente ;
-
➡️ sa pression diminue.
-
Pour une quantité donnée de gaz, à
température constante :
-
⭐
P × V
= constante
-
ou :
-
P1V1
= P2V2
-
Avec :
-
P
: pression du gaz
-
V
: volume occupé par le gaz
-
🔄 Conséquence
-
À température constante :
-
P
augmente → V
diminue
-
P
diminue → V
augmente
-
La pression et le volume sont donc
inversement proportionnels.
-
🧠 ASTUCE MÉMO
-
« Plus je comprime → plus la
pression monte »
-
P
↑ → V ↓
-
P
↓ → V ↑
12)- 🟩 MÉTHODE – UTILISER LA LOI DE MARIOTTE
-
Étape 1 :
-
Identifier les deux états :
-
État 1 :
-
P1
; V1
-
État 2 :
-
P2
; V2
-
Étape 2 :
-
Vérifier que la température est
constante.
-
Étape 3 :
-
Écrire :
-
P1
V1
= P2
V2
-
Étape 4 :
-
Isoler la grandeur recherchée.
-
Par exemple :
-
V2
= (P1
V1)
/ P2
-
Étape 5 :
-
Vérifier la cohérence du résultat.
-
Si la pression augmente, le volume
doit diminuer.
-
-
⚠️ PIÈGES – LOI DE MARIOTTE
-
❌ Oublier la condition température
constante.
-
❌ Mélanger les unités sans
réfléchir.
-
❌ Écrire
P1
V1
= P2
V2.
-
❌ Conclure que pression et volume
évoluent dans le même sens.
-
✔️ À retenir :
-
P1
V1
= P2
V2
-
P
et V
évoluent en sens inverse.
13)- 🟦 EXPÉRIENCE DE LA SERINGUE

-
Une expérience réalisée avec une
seringue permet d'étudier la relation entre
pression P et
volume V
d'un gaz.
-
On mesure différentes valeurs de
P et
V.
-
La représentation de
V en fonction de P
n'est pas une droite.
-
En revanche, la représentation de
V en fonction de 1 / P
donne une relation linéaire, ce qui permet de mettre en évidence :


-
V × P = constante
-
C'est la
loi de Mariotte.
-
Schéma :
14)- 🟪 APPLICATION : PLONGÉE SOUS-MARINE
-
La pression augmente avec la
profondeur.
-
Exemple approximatif :
|
Profondeur |
Pression totale |
|
0 m |
≈ 1 bar |
|
10 m |
≈ 2 bar |
|
20 m |
≈ 3 bar |
|
30 m |
≈ 4 bar |
|
40 m |
≈ 5 bar |
-
À grande profondeur, l'air respiré
est donc soumis à une pression plus importante.
-
Conséquence sur le volume de l'air
-
En appliquant la loi de Mariotte :
-
P1
V1
= P2
V2
-
Lorsque le plongeur descend :
-
P augmente → V diminue
-
Lorsque le plongeur remonte :
-
P diminue → V augmente
15)- 🚨 POURQUOI FAUT-IL REMONTER LENTEMENT ?
-
Lorsque la pression augmente,
davantage de gaz peuvent se dissoudre dans les liquides de l'organisme.
-
Lors de la remontée :
-
➡️ la pression diminue ;
-
➡️ les gaz dissous doivent être
éliminés ;
-
➡️ une remontée trop rapide peut
favoriser la formation de bulles de gaz dans le sang.
-
C'est le principe général derrière
le risque d'accident de décompression.
-
➡️ D'où l'importance de respecter
les procédures de remontée et les éventuels paliers de décompression.
16)- 🟧 APPLICATION : BOISSON GAZEUSE
-
Dans une bouteille fermée :
-
➡️ le gaz est sous pression ;
-
➡️ une quantité importante de gaz
est dissoute dans le liquide.
-
Lorsqu'on ouvre la bouteille :
-
➡️ la pression diminue ;
-
➡️ la solubilité du gaz diminue ;
-
➡️ le gaz dissous s'échappe ;
-
➡️ des
bulles apparaissent.
-
💡 À retenir
-
Pression ↑ → davantage de gaz peut
être dissous.
-
Pression ↓ → le gaz dissous peut
s'échapper.
17)- 🟥 1MÉTHODE GÉNÉRALE – EXERCICE SUR UN
LIQUIDE
-
Situation
-
On connaît une profondeur et on
cherche une pression.
-
Étape 1
– Faire un schéma
-
Indiquer :
-
• la surface du liquide ;
-
• les points
A et
B ;
-
• les altitudes
zA
et zB
;
-
• la profondeur h.
-
Étape 2
– Identifier la pression connue
-
Par exemple :
-
PA
= Patm
-
à la surface.
-
Étape 3
– Utiliser
-
PB
– PA
= ρ . g . ( zA
– zB)
-
P = Pₐₜₘ
+ ρ . g . h
-
ou directement, si
B est à une
profondeur h
:
-
PB
= Pₐₜₘ +
ρ . g . h
-
Étape 4
– Vérifier les unités
-
ρ
→ kg · m−3
-
g
→ N · kg−1
-
h
→ m
-
P
→ Pa
-
Étape 5
– Vérifier le résultat
-
Plus le point est profond :
-
plus la pression doit être élevée.
18)- 🟩 MÉTHODE – EXERCICE SUR UNE FORCE
PRESSANTE
-
Données
-
On connaît
P et
S.
-
Formule
-
F
= P ×
S
-
Étapes
-
Convertir
S
en m2.
-
Convertir
P en Pa si
nécessaire.
-
Calculer
F.
-
Donner le résultat en N.
-
Préciser la direction et le sens de
la force si un schéma est demandé.
-
Vérification
-
Pa × m2
= N
-
Le résultat est bien en newtons.
19)- 🟨 MÉTHODE – EXERCICE SUR UN GAZ
-
Données
-
On connaît généralement :
-
P1,
V1,
P2
-
et on cherche
V2.
-
Écrire immédiatement :
-
P1
V1
= P2
V2
-
Puis :
-
V2
= (P1
V1)
/ P2
-
Vérification physique
-
Si :
P2
> P1
-
alors il faut obtenir :
V2
< V1
-
Si ce n'est pas le cas → erreur de
calcul ou de formule !
20)- 🚨 LES PIÈGES À ÉVITER ABSOLUMENT
-
❌ PIÈGE 1 – Confondre pression et
force
-
Pression → Pa
-
Force → N
-
Relation :
F =
P ×
S
-
❌ PIÈGE 2 – Oublier
la surface en m2
-
Une surface donnée
en cm2 doit être
convertie.
-
1 cm2
= 10−4 m2
-
❌ PIÈGE 3 – Se tromper de sens avec
la profondeur
-
Plus profond :
-
P ↑
-
et non P ↓.
-
❌ PIÈGE 4 – Oublier la pression
atmosphérique
-
Pour une pression absolue dans un
liquide ouvert à l'air :
-
P = Pₐₜₘ
+ ρ . g . h
-
❌ PIÈGE 5 – Mauvais signe avec les
altitudes
-
L'axe
z est orienté
vers le haut.
-
Donc un point situé sous la surface
possède une coordonnée z
négative si la surface est prise comme z
= 0.
-
❌ PIÈGE 6 – Utiliser Mariotte sans
condition
-
La loi :
-
P1
V1
= P2
V2
-
est valable ici pour une quantité
donnée de gaz à température constante.
-
❌ PIÈGE 7 – Croire que
P et
V sont
proportionnels
-
Ils sont inversement proportionnels
:
-
P
× V =
constante
⭐ FORMULAIRE À CONNAÎTRE PAR CŒUR
|
⭐
FORMULES FONDAMENTALES |
||
|
Intitulé |
Formule |
Unités |
|
Force pressante |
F = P × S |
F
en newton (m) P
en pascal (Pa) S
en mètre carré (m2) |
|
Pression |
P = F / S |
F
en newton (m) P
en pascal (Pa) S
en mètre carré (m2) |
|
Statique
des fluides |
PB
– PA = ρ . g . ( zA
– zB) L’axe des
coordonnées verticales
est orienté vers le haut |
P
en pascal (Pa) ρ
: masse volumique du fluide au
repos (kg . m–3) g :
intensité de la pesanteur (N . kg–1) z :
coordonnée verticale (m) |
|
Pression et
Profondeur h |
P = Pₐₜₘ
+ ρ . g . h |
P
et Pₐₜₘ en pascal
(Pa) ρ
: masse volumique du fluide au
repos (kg . m–3) g :
intensité de la pesanteur (N . kg–1) h :
profondeur (m) |
|
Loi de
Mariotte |
P
×
V =
constante ou P1 V1 = P2 V 2 |
P
en pascal (Pa) V
volume en m3 |
21)- 🎯 RÉFLEXE POUR LE CONTRÔLE
-
Avant de calculer, se poser ces 5
questions :
-
① Quel est le système ?
-
Liquide ? Gaz ?
-
② Quelle grandeur cherche-t-on ?
-
P
? F ?
S ?
V ?
z ?
-
③ Quelle loi utiliser ?
-
F = P × S
-
ou
-
PB
– PA
= ρ
. g . (
zA
– zB)
-
ou
-
P1
V1
= P2
V2
-
④ Les unités sont-elles compatibles
?
-
Pa, N, m2,
kg · m−3, m…
-
⑤ Le résultat est-il physiquement
logique ?
-
Plus profond → pression plus grande
-
Pression plus grande dans un gaz →
volume plus petit
-
Surface plus grande à pression
constante → force plus grande
-
🔴 À RETENIR EN UNE SEULE PHRASE
« Dans un fluide au repos, la pression traduit les chocs microscopiques ;
dans un liquide elle augmente avec la profondeur,
tandis que pour un gaz à
température constante elle varie en sens inverse du volume. »
█ FICHE DE RÉVISION 02 & DE MÉTHODE :
DESCRIPTION D'UN FLUIDE AU REPOS
Spécialité Physique-Chimie — Classe
de Première (Chapitre 11)
1)- POINTS & NOTIONS IMPORTANTES
-
🟦
Qu'est-ce qu'un fluide au repos
?
-
Définition : Un fluide regroupe les
liquides et les gaz.
-
C'est un milieu matériel déformable
constitué de particules en mouvement.
-
Fluide au repos : À l'échelle
macroscopique, le fluide ne possède aucun mouvement d'ensemble.
-
🟥
Confrontation Échelle Macroscopique vs Échelle
Microscopique :
-
Température
T (en °C ou K)
: Traduit l'agitation thermique des entités (molécules/ions).
-
Plus l'agitation et le désordre
sont grands, plus T
est élevée.
-
Pression
P (en Pa) :
Traduit les chocs des entités du fluide contre les parois.
-
Plus les chocs sont fréquents et
violents, plus la pression P
est forte.
-
Masse volumique
ρ
(en kg·m−3) : Traduit
la proximité spatiale des entités.
-
États de la matière :
-
État gazeux : État dispersé et
désordonné. Les particules sont éloignées et interagissent très peu.
-
État liquide : État condensé et
désordonné. Les entités sont en contact mais glissent les unes sur les
autres.
-
État solide : État condensé et
ordonné.
-
🚨Incompressibilité et
Compressibilité :
-
Liquide : Fluide incompressible. Sa
masse volumique ρliq
est quasi constante et ne varie pratiquement pas avec la pression.
-
Gaz
:
-
Fluide compressible. Sa masse
volumique ρgaz
varie fortement en fonction de la pression et du volume.
-
On a toujours :
ρliq
> ρgaz
.
2)- CARACTÉRISTIQUES DE LA FORCE PRESSANTE
-
Un fluide au repos exerce une
force pressante
(notée vectoriellement F)
sur toute surface S
de paroi en contact.
-
Point d'application :
Le centre de la surface pressée S.
-
Direction :
Perpendiculaire (normale) à la surface de la paroi.
-
Sens :
Orienté du fluide vers la paroi (le fluide pousse la paroi).
-
Valeur (Norme) : F = P × S.
3)- FORMULES FONDAMENTALES & UNITÉS
|
Grandeur
physique |
Symbole |
Unité SI
(Système International) |
Unités
usuel /
Conversions à connaître |
|
Masse
volumique |
ρ |
(kg . m–3) |
1g . cm−3
= 103 kg . m−3 1 m3
= 103 L = 106 cm3 |
|
Force
pressante |
F |
newton (N) |
- |
|
Pression |
P |
pascal
(Pa) ou N . m–2 |
1 bar = 105
Pa 1 hPa = 100
Pa = 1 mBar |
|
Surface |
S |
m2 |
1 cm2
= 10−4 m2 |
|
Coordonnée
verticale |
z |
mètre (m) |
L'axe Oz
est orienté
vers le haut. |
|
Intensité de
la pesanteur |
g |
(N . kg–1) ou (m . s–2) |
g
≈ 9,81 N . kg–1 sur Terre |
-
Formule 1 : Relation Force -
Pression - Surface
-
F
= P ×
S
-
P :
Pression en N . m–2
ou pascal (Pa)
-
S :
Surface de contact en m2
-
F ;
force pressante en newton (N)
-
Formule 2 : Loi Fondamentale de la
Statique des Fluides (pour un fluide incompressible au repos)
-
PB
– PA
= ρ . g . ( zA
– zB)
-
Conditions : Fluide incompressible
(liquide), homogène et au repos.
-
Axe : L'axe vertical
Oz est
impérativement orienté vers le HAUT.
-
Propriété : Plus la profondeur
augmente (c'est-à-dire quand z
diminue), plus la pression augmente.
-
Dans l'eau, la
pression augmente d'environ 1 bar (≈105
Pa) tous les 10 mètres de profondeur.
-
Formule 3 :
Loi de Mariotte
(pour un gaz au repos)
-
P . V = k
= constante
- P1 V1 = P2 V2
- Conditions : Quantité de
matière de gaz n
constante et Température T
constante (transformation isotherme) à de faibles pressions.
-
Conséquence :
-
La pression
P et le volume
V d'un
gaz sont inversement proportionnels (V
= k /
P).
-
Si le volume est divisé par 2, la
pression est multipliée par 2.
4)- CONSEILS MÉTHODOLOGIQUES & ASTUCES
-
Représentation d'une force
pressante sur un schéma :
-
Repérer la surface de contact.
-
Tracer une flèche partant du centre
de la surface, perpendiculaire à la paroi, et pointant vers l'extérieur du
fluide.
-
Méthode de résolution avec la Loi
Fondamentale de la Statique des Fluides :
-
Étape 1
: Poser l'axe Oz
orienté vers le haut (l'origine z
= 0) est souvent la surface libre du liquide).
-
Étape 2
: Écrire la loi PB
– PA
= ρ . g . ( zA
– zB).
-
Étape 3
: Identifier les valeurs connues (Patm
= 1,013 × 105 Pa à la
surface où z
= 0).
-
Étape 4
: Isoler l'inconnue (P
ou z)
avant tout calcul numérique.
-
Application pratique
(Aviation & Plongée) :
-
Plongée sous-marine :
-
En profondeur, la solubilité des
gaz (notamment N2)
dans le sang augmente avec la pression.
-
Lors d'une remontée trop rapide, la
pression chute brutalement, provoquant la formation de bulles de diazote
dans le sang (accident de décompression/embolie).
-
Les paliers de décompression
permettent d'évacuer progressivement ce gaz.
-
Cabine d'avion :
-
À haute altitude, la pression
extérieure est très faible par rapport à la pression intérieure maintenue en
cabine.
-
La résultante des forces pressantes
pousse vers l'extérieur, d'où la nécessité d'une carlingue très rigide.
5)- ERREURS ET PIÈGES À ÉVITER !
-
⚠️
Erreur d'unités pour la surface S :
-
Ne pas oublier de
convertir les cm2 ou
mm2 en m2
avant d'appliquer F
= P ×S.
-
Rappel :
1 cm2 = 10−4
m2 ; 1 mm2
= 10−6 m2
-
⚠️
Inversion des coordonnées verticales z :
-
Dans la formule
PB
– PA
= ρ . g . ( zA
– zB),
attention aux indices !
-
L'indice de gauche de
P (B)
correspond à l'indice retiré à droite (zB).
-
⚠️
Oubli de la pression atmosphérique :
-
À la surface de l'eau, la pression
n'est pas nulle :
-
Psurface
= Patm
= 1,013 × 105 Pa (1
bar)
-
La pression totale à 10 mde
profondeur est donc 2 bar (1 bar d’air + 1 bar d’eau).
-
⚠️
Confondre Pression (P) et Force pressante (F) :
-
La pression est une grandeur
scalaire (en Pa), alors que la force pressante est une grandeur vectorielle
(en N) qui dépend de la surface considérée (F
= P ×
S).
-
⚠️
Application erronée de la loi de Mariotte :
-
La loi de Mariotte (P
× V =
cte) ne s'applique QU'AUX GAZ,
jamais aux liquides (qui sont incompressibles).
FICHE DE RÉVISION 03
CHAPITRE 11 Description
d’un fluide au repos
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Fluide :
liquide ou gaz, milieu
matériel déformable.
Au repos, il
n’existe aucun mouvement d’ensemble à l’échelle macroscopique,
mais les
entités restent en agitation désordonnée à l’échelle
microscopique.
Température T :
mesure de l’agitation thermique.
Plus
l’agitation des entités est importante, plus la température est
élevée. Pression
P :
effet macroscopique des chocs des
entités sur une surface. Elle se
mesure avec un manomètre et s’exprime en pascals. Masse
volumique ρ :
traduit la quantité de matière par unité de volume. Les liquides
sont pratiquement incompressibles ; les gaz sont compressibles. Repère
clé :
dans un liquide homogène au repos,
la pression
est identique à tous les points situés à la même altitude et augmente quand on descend. |
2)- FORMULES FONDAMENTALES ET UNITÉS
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Relation |
Grandeurs |
Unités SI |
À retenir |
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ρ = m / V |
m
: masse |
ρ
en kg·m−3 |
1 g·cm−3
= 103 kg·m−3 |
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P = F / S F = P × S |
P
: pression |
P
en Pa = N·m−2 |
La surface
doit
impérativement être convertie en
m2. |
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PB
− PA
= ρ · g · (zA − zB) |
ρ
: masse volumique |
P
en Pa |
Axe vertical
orienté vers le
haut. Si B
est plus bas que A,
alors PB > PA. |
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P·V =
constante |
P
: pression du gaz |
Mêmes unités
de P entre les
deux états ; mêmes unités
de V entre les
deux états. |
Loi de
Mariotte : quantité de
gaz fixe et
température constante. |
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Conversions |
1 bar = 105
Pa ; 1 hPa = 102 Pa ; 1 L = 10−3 m3
; 1 mL = 10−6
m3 ; g ≈ 9,81 N·kg−1 (souvent 9,8
ou 10 selon l’énoncé). |
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3)- FORCE PRESSANTE : SAVOIR LA REPRÉSENTER
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La force
exercée par un fluide sur une paroi est perpendiculaire à la
surface, orientée
du fluide vers la paroi, appliquée
conventionnellement au centre de la surface pressée, et sa valeur
est F = P × S.
Attention : la
pression est une grandeur scalaire en Pa ; la force
pressante est un vecteur en N. Ne pas les
confondre. |
4)- MÉTHODE TYPE — RÉSOUDRE UN EXERCICE
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Étape 1
— Identifier le modèle.
Force
pressante ? Statique d’un liquide ?
Compression/détente d’un gaz ? Étape 2
— Recenser les données.
Écrire
les symboles, valeurs et unités ; convertir en
unités cohérentes avant tout calcul. Étape 3
— Faire un schéma.
Placer A
et B, l’axe z vers le haut, les altitudes ou la profondeur ;
pour une
force, tracer la normale à la paroi. Étape 4
— Écrire la loi littérale.
Isoler
d’abord l’inconnue, puis
seulement remplacer par les valeurs numériques. Étape 5
— Contrôler. Vérifier
l’unité, le signe et l’ordre de grandeur. Une
pression doit augmenter avec la profondeur ; si un gaz
est comprimé à température constante, son volume
diminue et sa pression augmente. Étape 6
— Conclure. Donner une
phrase avec valeur, unité et interprétation physique. |
5)- ASTUCES RAPIDES. ERREURS ET PIÈGES À ÉVITER
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Si deux
points sont au même niveau dans un même
liquide au repos : PA = PB. Dans
l’eau, la pression augmente
approximativement de 1 bar tous les 10 m ; la
pression absolue inclut la pression
atmosphérique à la surface. Pour
Mariotte, le graphique V = f (1
/ P) est linéaire ; V = f (P)
est une hyperbole. Test
d’unités pour ρ . g . h : (kg · m−3)
× (N · kg−1) × m = N·m−2 = Pa. |
Inverser
zA − zB et conclure qu’une
pression
diminue quand on descend. Utiliser des
cm2 dans F = P × S sans
conversion : 1 cm2 = 10−4 m2. Mélanger
pression absolue et surpression. Appliquer
Mariotte si la température varie ou si du gaz
s’échappe. Transformer
séparément les unités dans P1V1
= P2V2 alors qu’il suffit
qu’elles
soient identiques de part et d’autre. Confondre
masse volumique ρ et densité, ou écrire
ρ = V / m ? |
6)- CHECKLIST AVANT L’ÉVALUATION.
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□ Je sais
expliquer « fluide au repos » aux échelles macro- et
microscopique. MÉMO : plus
bas → plus de pression ; gaz comprimé → P augmente et V diminue. |
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⚡ MÉMO EXPRESS —
FLUIDES AU REPOS |
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NOTION |
À RETENIR |
RÉFLEXE |
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Masse
volumique |
ρ = m / V |
Convertir
le volume avant de
calculer. |
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Pression
et force |
P = F / S
donc F = P·S |
S
en m2 ; force
perpendiculaire à la paroi. |
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Liquide
au repos |
PB − PA =
ρ·g·(zA − zB) |
Plus
bas = plus de pression. |
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Gaz à
température
constante |
P·V = constante |
Gaz
comprimé : V
diminue, P augmente. |
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Conversions |
1 bar = 105
Pa 1 hPa = 102
Pa 1 L = 10−3
m3
1 cm2
= 10−4 m2 |
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⚠
PIÈGES : ne pas confondre pression (Pa) et force (N)
• ne pas oublier la pression
atmosphérique
•
vérifier le signe et les unités. |
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8)- CARTE MENTALE — CHAPITRE 11. Description d’un
fluide au repos
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💧
FLUIDE AU REPOS |
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①
NATURE ET DESCRIPTION
Macroscopique :
le
fluide est immobile ; on le décrit avec la température T, la
pression P et la masse volumique ρ.
Microscopique :
les
entités restent en mouvement incessant et désordonné.
Leur
agitation est liée à T ; leurs chocs sur les parois expliquent
P. Liquide
: état
condensé, presque incompressible, masse volumique pratiquement
constante. Gaz
:
état
dispersé, compressible ; sa masse volumique varie avec la
pression. |
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②
GRANDEURS CLÉS Masse
volumique : ρ = m / V Pression :
P = F / S
Instruments :
thermomètre pour T ; manomètre ou capteur de pression
pour P.
Conversions :
1 bar = 105 Pa ; 1 hPa =
102 Pa ; 1 L = 10−3 m3 ; 1 mL =
10−6 m3 ; 1 cm2 = 10−4
m2. |
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③
FORCE PRESSANTE Le fluide
exerce sur une paroi une force due aux chocs de ses entités.
Caractéristiques :
point d’application choisi au centre de la surface ; direction
perpendiculaire à la paroi ; sens du fluide vers la paroi ; valeur
F = P × S. Réflexe
:
tracer la normale à la paroi et
convertir la surface en m2 avant tout calcul. |
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④
LIQUIDE INCOMPRESSIBLE AU REPOS Loi
fondamentale : P
en Pa ; ρ en kg·m−3 ; g en N·kg−1
; z
en m ; axe vertical orienté vers le haut.
Notions clés : plus un
point est bas, plus sa pression est grande ; dans un
même liquide, deux points à la même altitude ont la même
pression. Dans l’eau
: la pression augmente d’environ 1 bar tous les 10 m ;
la pression absolue comprend la
pression atmosphérique |
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⑤
GAZ AU REPOS — LOI DE MARIOTTE Pour une
quantité fixe de gaz à température constante : P·V
= constante Lecture
physique : compression → V diminue et P augmente ;
détente → V augmente et P diminue. Lecture
graphique : V = f (P) est une hyperbole ;
V = f (1/P) est une droite.
Conditions : température constante,
même quantité de gaz, système fermé ; modèle adapté surtout aux
faibles pressions. |
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⑥
MÉTHODE EXPRESS
1.
Identifier : liquide, gaz ou force
pressante ?
2.
Relever les données et convertir
les unités.
3.
Faire un schéma : points
A / B, axe z vers le haut ou normale à la
paroi.
4.
Écrire la relation littérale et
isoler l’inconnue.
5.
Remplacer par les valeurs avec
unités cohérentes.
6.
Contrôler signe, unité et ordre de
grandeur.
7.
Conclure par une phrase physique. Test rapide : ρ . g . h doit avoir l’unité d’une pression : Pa. |
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💡
ASTUCES
• Même niveau + même liquide au repos
→ mêmes pressions.
⚠
ERREURS ET PIÈGES
• Confondre pression P en Pa
et force F en N. |
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⑦
APPLICATIONS ET IMAGE MENTALE FINALE Plongée :
la pression augmente avec la profondeur ; la solubilité des gaz
augmente avec la pression. Une
remontée lente et des paliers limitent la formation de bulles
lors de la décompression. Boisson
gazeuse : à l’ouverture, la pression diminue ; le gaz devient
moins soluble et forme des bulles.
FLUIDE AU REPOS → chocs
microscopiques → pression → force sur les parois
GAZ :
volume
↘ ⇒ pression ↗ |