Les Fluides Unité 2
La viscosité explique la résistance à l’écoulement d’un fluide Chapitre 7
La description des fluides 7-1
La théorie particulaire La matière est formée de minuscules particules. Une substance pure est formée de particules identiques. Des substances différentes sont formées de particules différentes. Les particules sont espacées les unes des autres. Les particules sont toujours en mouvement. Quand les particules acquièrent de l’énergie elles se déplacent plus vite. Dans une substance, les particules s’attirent mutuellement: l’intensité de la force d’attraction dépend du type de particule.
Toutes les particules se comportent selon cette théorie mais leur comportement change beaucoup selon leur état physique.
Les solides Les particules d’un solide sont serrés les unes contre les autres Les solides possèdent une forme déterminée Les particules vibrent sur place elles ne séparent jamais de leurs voisins – elles sont très attirées aux particules voisines Le sucre, la farine, le sel, le sable
Les liquides Les particules peuvent glisser les unes contre les autres et changer de position – elles échappent la force d’attraction des particules voisines mais restent les unes contre les autres Pour cette raison les liquides prennent la forme de leur contenant. Aussi, les liquides ne peuvent pas vaincre la force d’attraction gravitationnelle. Les liquides s’écoulent vers le point le plus bas.
Les gaz Les particules d’un gaz sont très éloignées les unes des autres et peuvent se déplacer librement dans toutes les directions Les gaz prennent la forme de leur contenant. Les particules peuvent vaincre l’attraction gravitationnelle et monter à la verticale ou flotter Elles se déplacent d’une zone très concentrée vers une zone faible en concentration – elles diffusent à l’intérieur de leur contenant
Particules rapprochées Solides Liquides Gaz Forme définie Forme indéfinie Volume définie Volume indéfinie Particules rapprochées Particules distantes Vibrent sur place S’écoulent librement Se déplacent au hasard
Un fluide est une substance qui s’écoule. Les gaz et les liquides s’écoulent car ils n’ont pas de forme définie Des exemples des fluides: L’air comprimé dans un pneu L’eau Le sirop
La viscosité et le débit 7-2
La viscosité La viscosité indique la consistance d’une liquide – si elle est clair (thin) ou consistant (thick) La viscosité indique aussi la résistance d’un fluide à l’écoulement Quelquefois les particules ont de la difficulté à dépasser les unes les autres (la friction) La plus élevée la friction = la plus élevée la viscosité La viscosité est aussi affectée par: la taille des particules, la forme des particules et l’attraction entre les particules
Des exemples de la viscosité L’huile pour moteur – trop liquide, elle ne peut pas lubrifier des pièces du moteur La beurre à arachide – dans la réfrigérateur , elle deviendra trop épaisse La peinture – si elle est trop liquide ou trop épaisse, elle ne s’étendra pas
Le débit On détermine le débit d’une substance en mesurant la durée d’écoulement d’un fluide d’un point à un autre Quel fluide s’écoulera le plus rapidement? l’eau vs l’huile végétale le miel vs la mélasse
Viscosité Débit Description Élevée Lente Épaisse Faible Rapide Liquide
Les facteurs qui affectent la viscosité 7-3
La température Les particules sont toujours en mouvement. Quand les particules acquièrent de l’énergie elles se déplacent plus vite. Quand on chauffe une liquide, les particules ont plus d’énergie – elles peuvent s’éloigner plus facilement les unes les autres Avec cette distance agrandie, il y a moins de friction et la viscosité diminue Par contre, quand les particules perdent de l’énergie, la friction augmente. Alors, la viscosité augmente. Exemple: Quand on chauffe le miel
Les particules sont espacées les unes des autres. La concentration Les particules sont espacées les unes des autres. Quand une substance est concentrée, il y a plus de particules dans un volume donné. D’habitude, quand on augmente la concentration on augmente la viscosité Exemple: La différence entre le lait écrémé, le lait à 1% , le lait à 2%, le lait entier et la crème
Les forces d’attraction Dans une substance, les particules s’attirent mutuellement: l’intensité de la force d’attraction dépend du type de particule. L’intensité de la force d’attraction entre des particules influence beaucoup leur viscosité: si l’attraction est intense, le liquide s’écoulera lentement Il y a aussi une attraction entre les particules d’un liquide et la surface sur laquelle le liquide coule
Exemple: les gouttelettes de pluie qui peuvent être observées sur une corde à linge après une averse: les particules d’eau demeurent ensemble pour former des gouttelettes (les particules de l’eau sont attirées les unes les autres)et les gouttelettes demeurent sur la corde à linge (les particules de l’eau sont attirées à la corde
La masse volumique et la masse d’une substance dans un volume donné Chapitre 8
La définition de la masse volumique 8-1
La masse est la quantité de matière que contient une substance La masse est la quantité de matière que contient une substance. D’habitude, on mesure la masse en g ou kg Le volume est la quantité d’espace qui est occupé par une substance. On exprime le volume des liquides et des gaz en ml; des solides en cm3 On calcule le volume en utilisant la formule mathématique: V=L *l*h
La masse volumique La quantité de matière dans un volume donné La distance entre les particules Exemple: Figure 8.1 – La circulation d’une autoroute
La masse volumique est influencée par l’attraction entres les particules Solide Liquide Gaz Particules Très proches Proches Éloignées Masse Volumique Haute Modéré Faible
La mesure de la masse volumique 8-2
Le calcul de la masse volumique Masse volumique = Masse (m) / Volume (V) La masse volumique des liquide et des gaz sont exprime en g/ml; des solides en g/cm3 Exemples p 312-314
Les changements de masse volumique 8-3
Les changements de température et la masse volumique La masse volumique d’une substance pure à l’état solide est plus grande que sa masse volumique à l’état liquide. La masse volumique d’une substance pure à l’état liquide est plus grande que sa masse volumique à l’état gazeux. Pourquoi? Les particules occupent plus d’espace quand ils sont chauffés.
L’exception??? L’eau!!! Dans la forme solide, les particules de l’eau se séparent un peu avant de s’immobiliser et le volume augmente un peu. La masse volumique de la glace est inférieure à celle de l’eau liquide – c’est la raison pourquoi la glace flotte!
La température, la masse volumique et la vie quotidienne Les pneus: plus d’air nécessaire en hiver qu’en été (la masse volumique augmente en hiver) Une montgolfière: la masse volumique à l’intérieur du ballon est inferieure qu’à l’extérieur – elle flotte! Le bois fraichement coupé contient plus de l’eau que le bois séché alors il a une masse volumique élevée
L’action des forces sur le mouvement et les propriétés des fluides Chapitre 9
La force et la flottabilité 9-1
Les forces peuvent modifier le mouvement d’un objet. Une force peut être une poussé ou une traction; elle peut mettre un objet en mouvement ou l’arrêter. Les forces peuvent être en équilibre ou en déséquilibre.
Les forces sont en équilibre quand deux forces opposés, de la même intensité, s’exercent en directions opposés.
Les forces en déséquilibre peuvent commencer, ralentir, accélérer ou arrêter un mouvement. Elles peuvent aussi changer la direction d’un mouvement. Le mouvement dépend sur la vitesse et la direction des forces.
La masse La masse est la quantité de matière dans un objet. L’unité de mesure pour la masse est le gramme (g), kilogramme (kg) etc. La masse est la même partout dans l’univers
Le poids Le poids est la quantité de force que la gravite exerce sur un objet. L’unité de mesure pour le poids est le newton (N). Le poids diffère selon la quantité de gravite exercée (les planètes dans le système solaire).
La flottabilité La gravité attire un objet vers le centre de la Terre. Quand un objet est immergé dans un fluide, le fluide exerce une force vers le haut. S’il y a un équilibre des forces, l’objet flottera. S’il y a un déséquilibre des forces, l’objet pourrait s’élever ou s’enfoncer.
Le principe d’Archimède La poussée (flottabilité) qui s’exerce sur un objet plongé dans un fluide est égale au poids (force gravitationnelle) du volume de fluide qu'il déplace. Quand un objet est immergé dans un fluide, il déplace une certain quantité de fluide: le volume de fluide que déplace un objet est égal au volume immergé de l’objet Si l’objet est plus lourd que le fluide qu’il déplace, il exerce une force supérieure et l’objet s’enfoncera. Si l’objet est plus léger que le fluide qu’il déplace, il exerce une force inferieur et l’objet flottera
La flottabilité et la masse volumique La flottabilité exercée sur un objet est plus grande dans l’eau salée que dans l’eau douce car la masse volumique de l’eau salée est supérieure à celle de l’eau douce (ses particules sont plus rapprochées).
La masse volumique moyenne La masse totale de toutes les composantes d’un objet divisée par le volume totale. Exemple: Les gilets de sauvetage ont une masse volumique très faible. Le gilet diminue la masse volumique moyenne d’une personne pour lui permettre de flotter dans l’eau. Exemple: les sous-marins (p341), une montgolfière (p342)
La pression et les systèmes hydrauliques et pneumatiques 9-2
La pression L’action d’une force (mesurée en Newtons) sur une certaine aire (mesurée en m 2 ) de surface. Alors la pression est mesurée en N/ m 2 ou pascal (Pa). On peut conclure que: Plus la force est importante, plus la pression est élevée. Plus la surface est petite, plus la pression est élevée.
Le calcul de la pression Pression = force (F)/aire (A) Exemples p 351-353
Le principe de Pascal Toute pression exercée sur un fluide en vase clos est transmise intégralement partout dans le fluide et dans toutes les directions. Exemple: un tube de dentifrice
La compressibilité des solides, des liquides et des gaz La compressibilité est la possibilité de forcer des particules d’une substance à occuper une espace plus petit. Les solides et les liquides sont incompressibles. On ne peut pas diminuer leur volume. Par contre, les gaz sont compressibles.
Les systèmes hydrauliques L’hydraulique est l’étude de la pression dans les liquides. Un système hydraulique est un dispositif qui transmet une force à travers un liquide pour générer un mouvement ailleurs. On applique une force sur un liquide confiné et le liquide est poussé à l’autre extrémité du système. Exemple: Une chaise de dentiste
Les systèmes pneumatiques La pneumatique est l’étude de gaz sous pression. Un système pneumatique est semblable au système hydraulique, sauf qu’il utilise un gaz au lieu d’un liquide. Le gaz est comprimé (dans un compresseur) et la pression est augmentée. Quand la pression est libérée, les particules d’air s’éloignent rapidement les unes des autres. La force produite est intense. Exemple: les outils de construction
Les relations entre la pression, le volume et la température des gaz 9-3
La pression et le volume d’un gaz Robert Boyle a découvert que si on augmente la pression sur un gaz, son volume diminuera (si la température reste constante). Ce principe s’appelle la loi de Boyle.
La température et le volume d’un gaz Le volume d’un gaz augmente quand sa température augmente (si la pression reste constante).
La température et la pression d’un gaz La pression exercée sur un gaz augmentera quand on élève la température (si le volume reste constante).