Les Fluides Unité 2

2.1 - Écoulement des fluides Les fluides: Des substances qui s’écoulent Ex/ l’eau, l’air Les gaz et les liquides sont des fluides La vitesse d’écoulement d’un fluide par unité de temps = débit

Les Structures Les structures associées aux fluides en déplacement sont dynamiques. Il y a 2 types de structures: Aérodynamique Hydrodynamique

Aérodynamique Comment l’air (gaz) autour des objets solides se déplace. Ex/ l’air qui passe autour d’un avion, une voiture etc...

Les zones rouges sont des zones de vacuum qui entrainent le remorque à l’arrière et le faire ralentir

Hydrodynamique Comment se déplace des liquides autour des objets solides. Ex/ l’eau

Écoulement trompeur des solides Attention : il existe des substances qui semble s’écouler mais ils ne sont pas des fluides Ex/ la farine, le sable, le sel et le blé

Ces objets peuvent former une pile (un petit montagne), on ne peut pas faire la même chose avec les fluides. Les fluides remplissent le récipient qui les contient et prennent la forme du contenant sans aide

L’écoulement expliqué par la théorie atomique un modèle qui aide à expliquer les différences qui existent entre les fluides et les solides.

La théorie atomique 1. La matière est composée de particules 2. Les particules sont toujours en mouvement 3. Les particules émettent une force d’attraction les unes sur les autres

Théorie atomique Les solides Si les particules sont proches ensemble et se déplacent lentement - la force d’attraction est supérieure Ex/ les particules d’une solide sont si proches les unes des autres qu’elles ne peuvent pas bouger. = grande force d’attraction

Théorie atomique Les particules des liquides sont plus actives Les liquides Les particules des liquides sont plus actives = petite force d’attraction = plus de mouvement de particules = l’écoulement des liquides

Théorie atomique Les gaz Les particules de gaz sont si loin les unes des autres que il n’y a pas une grande force d’attraction = déplacent sans trop de contraintes. = l’écoulement de gaz se passe facilement

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2.3 - Une propriété des fluides La viscosité La viscosité: le terme qui désigne la résistance d’un fluide à l’écoulement et au mouvement. La théorie atomique explique que cette résistance est à cause de la force d’attraction entre les particules. La résistance à l’écoulement s’augmente avec la force d’attraction

les différentes particules forment des diverses substances - la force d’attraction varie dans chaque substance. Ceci est la raison pour laquelle la viscosité diffère selon les fluides.

Le ketchup est épais et sa viscosité est élevée. Le sirop d’érable est moins visqueux que le ketchup et ça possède un viscosité moins élevée. L’eau est une liquide clair à faible viscosité. Si les fluides sont immobiles (ne bougent pas), la viscosité ne joue pas une rôle

On parle de si l’écoulement d’un fluide est rapide ou lent. Mesurer la viscosité On parle de si l’écoulement d’un fluide est rapide ou lent. On utilise les termes épais et peu épais pour parler de la viscosité (mesure qualitative) parfois, ces mesures ne sont pas assez précises, et nous avons besoin de mesures quantitatives. (numéros)

Les méthodes quantitatives à calculer la viscosité calculer combien de temps ça prend un solide, par exemple une bille, à traverser une liquide dans un tube. calculer le temps d’écoulement d’un liquide, à certaines températures, dans un petit récipient L’instrument qui sert à mesurer la viscosité des fluides = un viscosimètre

2.6 - Unités de mesure de la matière masse et poids la masse et le poids d’un objet sont différentes la masse: la quantité de matière ne change pas! (la même sur la lune et la terre!) la masse se mesure en; grammes (g) milligrammes (mg) kilogrammes(kg)

le poids est représenté en : la mesure de la pesanteur sur les corps matériels (c’est différent sur la Terre que sur la lune) L’attraction entre un objet et la planète dépend sur la taille de l’objet le poids est représenté en : newtons(N)- en l’honneur de Sir Isaac Newton

volume la matière occupe de l’espace. le volume: la mesure de la quantité d’espace que la matière remplit. le volume est mesuré en: mètres cubes (m3) litres (L) centimètres cubes (cm3) millilitres (ml) la capacité est la quantité d’espace qui est disponible à l’intérieur de quelque chose.

Il y a plusieurs façons de mesurer les différentes catégories et quantités de matière. On mesure un liquide en observant la quantité de ce liquide dans un récipient. ex/ un cylindre gradué - donne la plus haute précision On mesure les solides rectangulaires avec un règle. la formule: volume = longueur x largeur x hauteur

3. Mesurer le volume des solides - asymétriques de petite taille déplacement; c’est comment on mesure le volume d’un solide asymétrique on utilise un cylindre gradué on place de l’eau dans le cylindre on note le volume on place un objet dedans on note le volume encore la formule ; volume de l’objet = (volume de l’eau + l’objet) - (volume de l’eau)

4. Mesurer le volume des solides - asymétriques de grande taille on mesure le volume d’une solide asymétrique de grande taille avec un bécher à bec verseur (un trop plein) et d’un cylindre gradué

Comparaison de masses volumiques (densités) 2.10 Comparaison de masses volumiques (densités) Chaque substance pure possède sa propre densité Les solides sont plus denses que des liquides Les liquides sont plus denses que le gaz Ceci est tout à cause de la théorie atomique et ces propriétés

Rappel - la théorie atomique Les solides: peu d’espace entre les particules → plus dense Les liquides: un peu plus d’espace pour se déplacer → moins dense que les solides Les gaz - beaucoup d’espace entre les particules → le moins dense

La densité d’une substance est mesuré dans son état naturel à température ambiante. Il y a toujours des exceptions aux règles. On va étudier 2.......

Les exceptions 1. Le mercure - un métal qui est liquide à la température ambiante, mais sa densité est plus élevée que d’autres solides 2. L’eau - l’eau est la plus dense au températures proches à 3 ou 4 ˚C. La glace (forme solide) a une densité plus faible

Utilisation de l’eau pure standard L’eau est la ressource la plus abondante sur la Terre Nous utilisons la densité de l’eau pure pour nous aider à déterminer la densité de tous les autres fluides et solides. La densité de l’eau = 1g/cm3 On compare les densités des substances à la densité de l’eau pour savoir quelles sont les substances qui flotteront sur l’eau Les substances avec une densité moins que 1g/cm3 flotteront sur l’eau

Quelle proportion d’un iceberg est immergée? Les Icebergs Quelle proportion d’un iceberg est immergée?

Tu peux calculer la proportion d’un iceberg qui est immergée en faisant un comparaison entre la densité de la glace est celle de l’eau salée densité de la glace X 100 = 0.92 = 89% Densité de l’eau salée 1.03 Ceci veut dire qu’il y a 89% de l’iceberg qui se trouve sous l’eau!!!

Les dirigeables Le plus grand dirigeable de son époque! Le Hindenburg Le plus grand dirigeable de son époque! Son enveloppe était remplie d’hydrogène Avantage d’utiliser hydrogène : moins dense que l’hélium Désavantage: très inflammable Le désastre!

Pourquoi l’eau se déplace quand tu plonges dedans? 2.11 – Poussée Pourquoi l’eau se déplace quand tu plonges dedans? ….parce que l’eau a besoin de bouger pour faire de la place pour ton corps! Le fluide exerce une pression sur toute la surface de l’objet. La partie ascenionnelle (↑) de la force des fluides = la poussée La poussée est influencé par la pesanteur de l’objet

Le principe d’Archimède

Un roi a demandé à Archimède de déterminer si sa nouvelle couronne a été faite avec de l’or pur ou si le jouailler l’a trahi. Archimède a pris un cube d’or et la couronne Le poids de la couronne et l’or étaient égales Archimède a mesuré le volume en les mettant dans des contenants et en mesurant le volume d’eau déplacée La couronne a déplacé plus d’eau que l’or Alors, Archimède a su que la densité de la couronne était plus faible que celle de l’or C’est-à-dire, la couronne n’était pas fait en or pur! Et le roi a été fâché…

2.12 Comment et pourquoi les objets flottent-ils? les objets où la densité est inférieure à la densité de l’eau flotteront. Si la poussée sur un objet immergé est supérieure au poids qui l’attire vers le bas → l’objet flottera = poussé positive Si la poussée sur un objet immergé est inférieure au poids qui l’attire vers le bas → l’objet s’enfoncera = poussée négative De l’autre côté , si les deux forces sont la même = l’objet restera stationnaire = poussée nulle Vidéo

Figure 3 Page 111 – déssin-le Un thermomètre de Galileo

Poussée dans l’air Une poussée agit sur les objets plongés dans un gaz de la même façon que sur les objets immergés dans un liquide. Mais….il y a une grande différence entre les densités des gaz et celle des liquides. L’air est 800 fois moins dense que l’eau!

Niveaux de flottaison sûrs Les lignes de chargement d’un bateau = les marques de Plimsoll Ces lignes ou chiffres indiquent le niveau de flottaison qui ne va pas compromir la sécurité du bateau quand c’est plein Figure 4 Page 111 – le bateau

Comment la température s’influence-t-elle sur la viscosité et la masse volumique? ↑ température = ↑ énergie Avec plus d’énergie, les particules bougent plus vite et plus loin La force d’attraction entre eux devient plus petite Ceci dit: les particules sont plus loin les uns des autres = moins de particules dans la même espace = moins de masse la force d’attraction est affaiblis = les particules peuvent bouger plus loin = ils ont plus tendance à s’écouler

En court, quand la température est élevée, la viscosité et la densité sont réduites Les fluides pèsent moins pour le même volume et coulent plus facilement