Unité 1 Les fluides

Chapitre 4 La viscosité : un fluide épais ou clair? La viscosité c’est la propriété qui décrit l’épaisseur d’un liquide. Un liquide épais, tel que du sirop pour les crêpes, est visqueux. Un liquide clair, tel que l’eau, n’est pas visqueux.

Un fluide représente toute substance qui coule Un fluide représente toute substance qui coule. Cela inclus les liquides et les gaz. On peut facilement voir qu’un liquide est un fluide parce qu’il coule. Il prend aussi la forme de son contenant. Un gaz s’écoule aussi. Si on enlève le capuchon d’une bouteille de boisson gazeuse on peut voir des bulles qui montent à la surface. Ces bulles sont du CO2 (du gaz) qui s’écoule ou se déplace hors de la bouteille.

Les états de la matière Les solides, les liquides et les gaz Un solide : a une forme définie et un volume définis (ex: un cube de sucre) Un liquide : a un volume défini, mais une forme indéfinie (ex: de l’eau) Un gaz : a une forme indéfinie et un volume indéfinis (ex: de l’oxygène)

Un solide Un liquide Un gaz Explication: Les particules sont collées les unes contre les autres, donc il n’y a pas beaucoup d’espaces entre les particules. Il y a de petites espaces entre les particules. Il y a de grandes espaces entre les particules.

La théorie particulaire Il y a 5 points: 1. Toute matière est faite de très petites particules. 2. Toutes les particules d’une substance pure sont pareilles. Des substances différentes sont faites de particules différentes.

3. Il y a de l’espace entre les particules. 4. Les particules sont toujours en mouvement. 5. Les particules d’une substance s’attirent l’une et l’autre.

Les changements d’états Si tu observes un cube de glace pendant 30 minutes, que remarques-tu? Tu vas voir que le cube commence à fondre. Il était un solide, mais maintenant il est un liquide. Cela est à cause il y a eu un changement d’état.

Un changement d’état a lieu lorsqu’une substance est chauffée ou refroidie. Quand une substance est chauffée, les particules emmagasinent de l’énergie. Quand une substance est refroidie, les particules perdent de l’énergie.

Les changements d’état de la matière (notes) La solidification La condensation La fusion La vaporisation La sublimation La sublimation ~ La sublimation est un changement d’état rare et inhabituel. Un exemple c’est de la glace sèche. C’est un morceau de CO2 gelé (un solide) qui accumule de l’énergie et forme un nuage de brouillard (du gaz de CO2). Un deuxième exemple c’est du givre qui se forme sur les vitres en hiver (la vapeur d’eau perd rapidement de l’énergie et forme une gelée blanche).

Définitions (notes) Un changement d’état : se produit quand une substance passe d’un état à un autre La sublimation : un changement d’état rare et inhabituel qui se produit quand un solide se transforme directement en gaz sans passer par l’état liquide ou vice versa La fusion : le passage de l’état solide à l’état liquide La solidification : le passage de l’état liquide à l’état solide La condensation : le passage de l’état gazeux à l’état liquide La vaporisation : le passage de l’état liquide à l’état gazeux

Définitions (notes) Évaporation : une vaporisation lente Ébullition : une vaporisation rapide Point de congélation : de l’eau 0oC Point d’ébullition : de l’eau 100oC Toutes les substances ont un point de congélation, un point d’ébullition et un point de fusion.

Les changements d’états et la théorie particulaire Un changement d’état a lieu lorsqu’une substance est chauffée ou refroidie. Quand une substance est chauffée, les particules emmagasinent de l’énergie. Quand une substance est refroidie, les particules perdent de l’énergie.

À quelle vitesse les fluides s’écoulent-ils? Certains liquides s’écoulent plus vite que d’autres. Vous pouvez mesurer à quelle vitesse un liquide coule. C’est ce qu’on appelle le taux d’écoulement (la vitesse à laquelle un fluide coule).

Les facteurs qui affectent le taux d’écoulement Certains facteurs peuvent ralentir l’écoulement des fluides 1) la taille des particules 2) la forme des particules 3) la température 4) la concentration des particules (le volume)

1) La taille des particules Les petites particules peuvent se dépasser les unes les autres plus facilement que les grosses particules. RAISON: Les grosses particules occupent plus d’espace que les petites particules.

2) La forme des particules Certaines particules sont plus volumineuses (occupent plus d’espace) que d’autres à cause de leur forme. Ces fluides ont une plus forte viscosité. RAISON: Puisque les particules occupent plus d’espace, il y a moins de place à bouger, ce qui fait que les fluides sont plus visqueux.

3) La température Quand les particules sont refroidies, elles bougent très lentement parce qu’elles perdent de l’énergie. Cela fait que le fluide est plus visqueux. Quand les particules sont réchauffées, elles bougent rapidement parce qu’elles gagnent de l’énergie. Cela fait que le fluide est moins viqueux.

4) La concentration des particules (le volume) Plus qu’il y a de particules, plus que c’est difficile à se dépasser. Plus que c’est difficile à se dépasser, plus que le fluide est visqueux. RAISON: Les particules sont toujours en mouvement. Quand il y a beaucoup de particules c’est difficile à bouger sans frapper d’autres particules. Ceci cause la résistance dans le fluide qu’on appelle la friction interne. Ceci augmente la viscosité d’un fluide.

Chapitre 5 La masse volumique et la flottabilité La flottabilité c’est la tendance à flotter dans l’eau ou dans l’air. La poussée c’est la force vers le haut exercée sur les objets qui baignent dans un fluide. La masse volumique c’est le rapport entre la masse (en quantité) d’une substance et son volume (l’espace qu’elle occupe).

La masse volumique et la théorie particulaire Selon la théorie particulaire, il y a de l’espace entre les particules. Si tu remplis deux contenants identiques, un avec de l’eau et l’autre avec de la vapeur d’eau, la t.p. dit qu’il y a plus d’espace entre les particules d’un gaz qu’entre les particules de liquides. * t.p. = la théorie particulaire

Lequel aura la plus grande masse volumique? Chaque particule a la même masse parce que chaque particule est pareille et les deux contenants sont identiques. # 2 la vapeur d’eau # 1 l’eau Lequel aura la plus grande masse volumique? On peut conclure que la m.v. de # 1 sera plus grande que la m.v. de # 2 parce qu’il y a moins d’espace entre les particules. Si il y a moins d’espace entre les particules, cela veut dire qu’on peut faire « entrer » plus de particules dans un espace donné.

Les définitions La capacité d’un contenant, c’est la quantité maximale de fluide qu’il peut contenir. Le poids est la force de gravité exercée sur un objet (en Newtons (N)). La gravité est une force naturelle qui attire les objets vers le centre de la Terre. Cette force est de 9,8 N par kilogramme de masse sur Terre. (ex : Un sac de sucre qui a une masse de 2,26 kg pèse 22,1 N sur Terre.) Calcul: 2,26 kg X 9,8 N/Kg = 22,1 N

Comment trouve-t-on la masse et le volume? Pour trouver la masse d’un objet on peut utiliser une balance (g, kg, lbs). Pour trouver le volume: a) d’un gaz : mesurant le volume de son contenant. b) d’un liquide : mesurer au moyen d’une tasse à mesurer ou d’un cylindre gradué c) d’un solide : i) directement – les formules de Math ( V = L X l X h) ii) indirectement – mesurer le volume d’eau qui déborde d’un contenant rempli à son maximum

La masse volumique Pour trouver la m.v. d’une substance, on peut utiliser la formule: Masse volumique = masse ou ρ = m volume V (ρ – symbole de l’alphabet greq “rhô” représente la m.v.) La m.v. d’un solide s’exprime en g/cm3, et celle des liquides et des gaz en g/mL ou g/L. Chaque substance pure a sa propre m.v. (c’est une propriété de la matière). La m.v. d’une substance pure ne change pas sauf si on change d’état de la matière.

Voici les masses volumiques approximatives de certaines substances. Fluides M.V. (g/mL) Air 0.0013 Oxygène 0.0014 Eau 1.00 Eau de mer 1.03 Solides M.V. (g/cm3) Sucre 1.59 Sel 2.16 Aluminium 2.70 Or 19.32 * Voir p. 141 de livre d’Omnisciences pour d’autres m.v.

La flottabilité, force antigravitationnelle La flottabilité c’est la capacité d’un fluide à supporter un objet flottant dans le fluide ou sur le fluide. Elle est liée à la masse volumique. Quand les objets sont dans des fluides, la poussée pousse les objets vers le haut (dans la direction opposée de la gravité). Un flottement a lieu lorsqu’un objet ne tombe pas sur terre ou ne coule pas dans l’eau, mais reste suspendu dans le fluide.

Pourquoi est-ce les solides peuvent supporter des objets? Nous savons que les solides peuvent supporter des objets parce qu’ils ont beaucoup de particules qui ne peuvent pas être écartées ou séparées. Mais pourquoi est-ce que les fluides peuvent supporter certains objets?

Expérience – La tour de masse volumique Les fluides peuvent supporter certains objets si la m.v. de ces objets est plus petite que celle du fluide. Expérience – La tour de masse volumique Hypothèse – Que penses-tu qui va arriver quand on mélange de l’eau, de l’huile de maïs, un liège, un trombone, un cure-dent et une pièce de 1 ȼ? Donne une explication et fais un dessin. Explique ton raisonnement. 1 Un trombone Un liège Une pièce de 1c Un cure-dent Un crayon Dessin de la tour de m.v.

La tour de masse volumique Par exemple: L’eau qui a une masse volumique de 1 g/mL, peut supporter des objets qui ont une plus petite m.v. tel que du liège (0.24 g/cm3), le chêne (0.70 g/cm3) et l’huile végétale (0.90 g/cm3). Si les objets ont une plus grande m.v. ils vont couler.

La masse volumique de l’eau est 1 g/mL et celle de l’acier est de 9 g/cm3. Mais pourquoi est-ce que l’eau est capable de supporter un grand navire d’acier? Dans un navire d’acier, il y a de grandes espaces vides remplies d’air. Quand on trouve la masse volumique moyenne (la masse totale de toutes les matières sur le navire, divisée par le volume total), elle sera plus petite que celle de l’eau, donc plus petite que 1 g/mL. À cause de cela, le navire sera capable de flotter sur l’eau!

Le bateau de monnaie Problème : Combien de pièces de un cent peux-tu faire flotter sur un bateau en papier d’aluminium? Quelles sont les caractéristiques que tu vas donner à ton bateau pour qu’il puisse supporter le plus de pièce de un cent possible?

Le bateau de monnaie (continue) Projet – Tu vas construire un bateau en papier d’aluminium qui pourra flotter en contenant le plus de pièces de un cent possible. Matériel – 2 feuilles de papier d’aluminium de 30 cm (Je vais te les donner ), pièces de un cent, un aquarium rempli d’eau, règle, ciseaux Directives – Tu peux seulement utiliser les 2 feuilles de papier en aluminium pour construire de bateau. Il n’est pas permis d’utiliser d’autres matériaux.

Le bateau de monnaie (continue) Évaluation Combien de pièces de un cent ton bateau peut-il contenir? Quelles sont les caractéristiques qui étaient les plus importantes pour que le bateau puisse contenir autant de pièces? Pourquoi étaient-elles importantes? Si tu pouvais construire un meilleur bateau, qu’est-ce que tu changerais? Le papier lignée donnerait-il de meilleurs résultats que le papier d’aluminium? Explique ta réponse.

Le principe d’Archimède La poussée qui s’exerce sur un objet flottant dans l’eau est égale au poids de l’eau que cet objet déplace. La poussée d’un liquide dépend de la m.v. Les objets flottent plus facilement dans l’eau salée que l’eau douce parce que la m.v. de l’eau salée est plus élevée (1.03 g/mL). Pourquoi? Parce que les particules sont plus entassées (proche les unes des autres).

Une bouée sur l’océan (l’eau salée) Une bouée sur l’eau douce L’eau salée peut supporter un plus grand poids par volume que l’eau douce! L’hydromètre c’est un instrument utilisé pour mesurer la m.v. des liquides.