QCM : QCM Sous forme de tableau 01 QCM 01 Questy pour s'auto-évaluer. QCM sous forme de tableau 02 QCM 02 Questy pour s'auto-évaluer.

Exercices :  énoncé avec correction a)- Exercice 1 page 299 : Gonflage de bouteilles. b)- Exercice 3 page 299 : Haute Voltige c)- Exercice 5 page 299 : Plongée en mer. d)- Exercice 6 page 299 : Pression dans la bouteille. e)- Exercice 8 page 300 : L’hypoxémie. f)- Exercice 10 page 300 : La plongée sans risque ? g)- Exercice 13 page 301 : Tension artérielle. h)- Exercice 18 page 302 : Record en apnée.

 

I- Notion de pression.

1)- La force pressante.

a)-  Mise en évidence de la force pressante.

-  On gonfle légèrement un ballon de baudruche.

-  On le ferme, puis on le met sous une cloche à vide.

-  Grâce au compresseur, on fait le vide à l’intérieur de la cloche.

b)-  Observations :

-  On remarque que le ballon  de baudruche se gonfle au fur et à mesure que l’on fait le vide.

-  La valeur indiquée par le manomètre diminue.

c)-  Interprétation :

-  Le gaz situé à l’intérieur du ballon de baudruche agit sur la paroi du ballon.

-  Le gaz enfermé dans un ballon de baudruche tend à repousser l’enveloppe élastique, à la distendre :

-  l’enveloppe est soumise à des forces.

-  L’action exercée par l’air sur la surface de la paroi du ballon est modélisée par une force appelée : force pressante.

►  Description microscopique d’un gaz : L'état gazeux

-  Les gaz ont une structure moléculaire :

-  ils sont constitués de molécules très petites et très éloignées les unes des autres.

-  Ces molécules se déplacent à très grande vitesse dans toutes les directions.

-  Leur mouvement est rectiligne en l’absence d’obstacle.

-  à l’état gazeux règne le chaos moléculaire.

-  Des chocs peuvent se produire soit sur d’autres molécules du gaz, soit sur les parois du récipient qui le contient.

-  Le gaz occupe tout le volume offert : il est expansif.

-  La force pressante résulte de ces chocs entre les molécules et les parois du récipient.

d)-  Généralisation :

-  Un fluide est constitué de particules en mouvement.

-  Un fluide exerce une force pressante sur les parois du récipient qui le contient.

-  Caractéristiques de cette force :

-  Remarque :

-  La valeur de la force pressante ne dépend pas de l’orientation de la paroi

-  (les particules se déplacent dans toutes les directions de façon désordonnée).

 

2)- La pression.

a)-  Mise en évidence de la pression :

-  On raccorde différentes seringues refermant de l’air à un manomètre.

-  On pousse sur le piston avec le doigt, on remarque que la valeur de l’indication donnée par le manomètre augmente.

-  Comme le manomètre mesure la pression du gaz à l’intérieur de la seringue, la pression du gaz à l’intérieur de la seringue augmente.

 

-  On dispose la seringue verticalement et on place une masse marquée :

 

-  Maintenant, on change de seringue.

-  On prend une seringue plus grande mais on utilise la même masse marquée.

-  La surface du piston de la seringue est plus grande.

 

-  On remarque que la valeur indiquée par le manomètre est inférieure à celle donnée précédemment.

-  Pour une même masse m, la pression dépend de la surface pressée.

-  Elle augmente lorsque la surface diminue.

 

b)-  Pression d’un gaz.

-  La valeur F de la force pressante exercée par un fluide sur une paroi de surface S dépend de la pression P du fluide.

-  Par définition la pression P d’un fluide est donnée par la relation :

-   

3)- unité légale de pression.

-  Par définition, l’unité légale de pression est le pascal de symbole Pa.

-  C’est la pression exercée par une force pressante de 1 N sur une surface plane de 1 m².

-  On emploie couramment d’autres unités :

-  Le bar  (bar) : 1 bar = 10⁵ Pa

-  L’hectopascal : 1 hPa = 10² Pa = 1 mbar

 

4)- La pression atmosphérique.

-  L’atmosphère terrestre est constituée d’un mélange gazeux : l’air qui est formé essentiellement de dioxygène et de diazote.

-  La pression de l’air qui nous entoure s’appelle la pression atmosphérique.

-  Cette pression est voisine de 1 bar au niveau du sol, soit en météorologie 1000 hPa.

-  La valeur de la pression atmosphérique normale est de :

-  1013 hPa ; 1 atmosphère (atm) ; 760 mm de Hg ; 1,013 x 10⁵ Pa ; 1,013 bar

-  La pression atmosphérique diminue avec l’altitude.

 

5)- Mesure de la pression d’un gaz.

a)-  Le manomètre.

-  Les manomètres utilisent comme principe de fonctionnement :

-  La déformation d’une paroi métallique ;

    

-  La hauteur d’une colonne de liquide ;

-  La variation de résistance électrique d’un cristal piézo-électrique.

-  Les manomètres absolus : ils donnent la pression d’un gaz par rapport au vide.

-  Les manomètres relatifs : ils donnent la différence entre la pression du gaz et la pression atmosphérique.

 

b)-  Les Baromètres :

-  Ils mesurent la pression atmosphérique : ce sont des manomètres absolus.

-  Suivant les jours, la pression de l’air varie.

-  Lorsqu’il fait beau temps la pression est haute (régime anticyclonique) et lorsqu’il pleut la pression diminue (dépression). Tube de Torricelli.

-  Le baromètre de TORRICELLI :

 

II- Pression dans un liquide.

1)- Étude expérimentale :

-  Dispositif  expérimental :

-  Capsule remplie d’air, fermée par une membrane souple et élastique, reliée par un tuyau à un manomètre.

-  On plonge cette capsule dans l’eau à différentes profondeurs.

 

-  On fait varier la profondeur d’immersion de la capsule :

-  On remarque que la déformation de la membrane dépend de la profondeur d’immersion.

-  Plus la profondeur est grande est plus la déformation est importante.

-  La pression dépend de la profondeur d’immersion de la capsule.

-  Au départ, le manomètre mesure la valeur de la pression atmosphérique.

-  Lorsque l’on plonge la capsule dans l’eau, la pression augmente avec la profondeur d’immersion.

-  Cette pression ne dépend pas de l’orientation de la membrane.

 

 

2)- Relation entre pression et profondeur.

-  On fait varier la profondeur et pour chaque valeur de z, on mesure la valeur de la pression P exercée par le liquide sur la membrane de la capsule.

-  On trace la courbe : P = f (z). Pour faire les mesures Animation CabriJava

 

-  La courbe obtenue est une fonction affine du type y = a . x + b

-  Détermination de la valeur des grandeurs a et b et représentation :

-  La grandeur b est l’ordonnée à l’origine, physiquement, elle représente la valeur de la pression pour z = 0.

-  C’est la pression atmosphérique : P_atm ≈ 973 hPa.

-  La grandeur a est le coefficient directeur de la droite obtenue.

-  Détermination de la valeur de a :

-  Δz ≈ 50,0 cm

-  ΔP ≈ (1022 – 973) hPa

-  ΔP ≈ 49 hPa

 

-   

-  La grandeur a s’exprime en Pa / m.

-  D’autre part, par définition la pression P d’un fluide est donnée par la relation :

-   

-  La grandeur a s’exprime en N / m³ ou (kg . m^–2. s^–2) = (kg . m^–3) . (m . s^–2)

-  On peut faire la même expérience avec de l’alcool, de l’huile et de l’eau salée.

-  On trouve : pour faire les mesures : 

-  Exploitation du tableau :

-  On remarque que la différence de pression ΔP dépend de la masse volumique du liquide.

-  De même, le coefficient a (coefficient directeur de la droite obtenue) dépend de la masse volumique ρ du liquide.

-  D’autre part : on remarque que le rapport est pratiquement constant : ≈ 9,81.

-  Le rapport = g   , le facteur d’attraction terrestre, en conséquence : a = ρ . g

-  La force pressante, qui agit sur la surface de la capsule, est liée au poids de la colonne de liquide qui se trouve au-dessus de celle-ci.

-  De même, la pression qu’exerce le liquide sur la capsule est liée au poids de la colonne de liquide qui se trouve au-dessus et à la surface de celle-ci.

 

3)- Conclusion :

-  À une profondeur z, dans un liquide de masse volumique ρ, la pression P est donnée par la relation :

-  En conséquence :

-  La pression du liquide est identique en deux points à la même profondeur

-  La différence de pression entre deux points d’un liquide dépend de la différence de profondeur entre ces points.

 

III- Loi de Boyle-Mariotte :

1)- Énoncé :

Énoncé :  À température constante, pour une quantité de matière donnée de gaz, le produit de la pression P par le volume V de ce gaz ne varie pas. P . V = constante.

 

2)- Conséquences :

-  À pression et température données, une quantité de matière donnée de gaz occupe un volume indépendant de la nature du gaz.

-  On peut parler pour les gaz du volume d’une mole de gaz : le volume molaire.

-  Tous les gaz ont le même volume molaire, bien sur dans les mêmes conditions de température et de pression.

 

3)- Remarque :

-  La loi de Boyle-Mariotte est un modèle.

-  Elle décrit correctement le comportement des gaz sous faibles pressions.

-  Elle décrit le comportement du gaz parfait.

 

IV- Solubilité d’un gaz dans un liquide.

1)- Étude d’un texte :

 

-  La solubilité d’un gaz dans un liquide augmente avec la pression.

-  Cela explique l’apparition de bulles lors de l’ouverture d’une bouteille de boisson gazeuse.

-  Lors de l’ouverture la pression  du gaz au-dessus du liquide diminue et devient égale à la pression atmosphérique.

-  Comme la pression diminue, la quantité de gaz dissous doit diminuer et des bulles apparaissent. Le gaz quitte la boisson.

-  Dans les cas du plongeur, lors de la remontée, la pression diminue et il se produit le même phénomène.

-  Il faut respecter les paliers de décompression pour pouvoir éliminer l’excès de diazote dans les poumons et de dioxygène.

-  Lors de la remontée du plongeur, des bulles de gaz se forment dans le sang.

-  Elles sont éliminées par la respiration si la remontée est lente.

-  En cas de remontée trop rapide, elles peuvent se bloquer au niveau des veines, du cerveau ou du cœur.

-  C’est l’accident de décompression.

 

2)- Conclusion :

-  La solubilité d’un gaz dans un liquide dépend de la pression du gaz au-dessus de ce liquide.

-  Lorsque la pression augmente, la solubilité augmente et lorsque la pression diminue, la solubilité diminue.

-  La solubilité d’un gaz caractérise son aptitude à se dissoudre dans un liquide.

-  Elle dépend de la température et de la pression.

-  La solubilité d’un gaz diminue lorsque la température augmente.

-  Remarque :

-  Lors d’une plongée, le dioxygène et le diazote de l’air sont d’autant plus dissous dans le sang que la pression est importante.

-  Le dioxygène est consommé par le corps humain. Le diazote ne l’est pas.

-  Il peut se former des bulles dans le sang lors de la remontée.

-  Lors d’une remontée trop rapide, la pression diminue brutalement et il se forme des bulles de gaz dans le sang.

-  Ces bulles peuvent bloquer la circulation du sang et léser les organes vitaux.

-  Afin d’éviter la formation de bulles, le plongeur doit remonter lentement  et effectuer des paliers de décompression.

-  Extrait d’une table de la Marine nationale :

 

V- Applications.

1)- Pression et profondeur.

-  Schéma provenant d’un manuel de plongée.

-  Il donne la pression de l’eau pour quelques profondeurs.

-  La pression y est exprimée en bar et on donne la correspondance bar ←→ pascal

-  Il donne une relation permettant de déterminer la pression en fonction de la profondeur.

-  La pression de l’eau s’ajoute à celle de l’air.

-  On ajoute 1 bar tous les 10 m.

2)- QCM : Pour chaque question, indiquer la (ou les) bonne(s) réponse(s)

 

QCM : QCM Sous forme de tableau 01 QCM 01 Questy pour s'auto-évaluer. QCM sous forme de tableau 02 QCM 02 Questy pour s'auto-évaluer.

 

2)- Exercices ; Exercices :  énoncé avec correction

Exercices : a)- Exercice 1 page 299 : Gonflage de bouteilles. b)- Exercice 3 page 299 : Haute Voltige c)- Exercice 5 page 299 : Plongée en mer. d)- Exercice 6 page 299 : Pression dans la bouteille. e)- Exercice 8 page 300 : L’hypoxémie. f)- Exercice 10 page 300 : La plongée sans risque ? g)- Exercice 13 page 301 : Tension artérielle. h)- Exercice 18 page 302 : Record en apnée.