Mécanique

Les fluides
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Les fluides

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 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.

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. Deux objets A et B de même poids sont immergés dans l’eau. Le volume de l'objet A est très grand devant le volume de l'objet B. Expliquez pourquoi l’objet A flotte alors que l’objet B coule.

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.

1. 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.

2. Expliquer comment un vérin hydraulique permet de multiplier une force.

Un vérin hydraulique comporte deux cylindres de diamètres différents qui sont 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.

3. Qu’est-ce que l’avantage mécanique ?

L’avantage mécanique est la multiplication de la force par un système mécanique.

4. 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.

1. 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.

2. Décrire 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.

3. Qu’est-ce que la portance ?

La portance est la force perpendiculaire à l’orientation du mouvement d’un objet dans un fluide.