Comment l’écoulement des fluides influence-t-il nos vies?

Vocabulaire fluides théorie particulaire de la matière écoulement laminaire écoulement turbulent remous fuselé débit viscosité cohésion tension superficielle adhérence mécanique des fluides dynamique des fluides aérodynamique hydrodynamique

Les fluides Qu’est-ce qu’un fluide? Quels seraient certains exemples de fluides? Quels seraient certains fluides essentiels à la vie?

La théorie atomique Objectif : être capable de faire une comparaison entre les trois états de la matière en utilisant le vocabulaire scientifique. être capable de faire une description des observations des propriétés variées des fluides en utilisant la théorie atomique.

Des fluides partout   Les fluides sont des substances qui s’écoulent (liquides et les gaz). Les solides ne sont pas des fluides. Des fluides essentiels à la vie Nous sommes faits de 60% - 70% d’eau!

La théorie particulaire toute matière est faite de minuscules particules; les particules sont séparées par des espaces vides; les particules bougent continuellement et de manière aléatoire (au hasard); les particules bougent plus rapidement et s’éloignent davantage les unes des autres lorsqu’elles sont chauffées; les particules s’attirent les unes les autres.

Les caractéristiques des fluides Les fluides ont certaines caractéristiques qui les définissent comme étant des fluides. Les fluides n’ont pas de forme définie. Les gaz et les liquides prennent la forme de leur contenant. Les liquides possèdent un volume défini. Les gaz vont remplir complètement le contenant dans lequel ils sont placés.

La capacité à s’écouler les particules sont libres de se déplacer la capacité de couler à travers, autour ou au-dessus des choses  certains solides paraissent couler Exemple: le sel

Les types d’écoulement Écoulement laminaire régulier et son débit est constant. se produit lorsque les fluides se déplacent en lignes bien ordonnées Exemple - les tuyaux permet aux fluides de couler rapidement et avec plus d’énergie.

L’écoulement turbulent irrégulier et agité. dans les rivières (roches) peut créer des problèmes lors de fortes pluies, l’augmentation du volume d’eau peut produire des turbulences dans les rivières et les ruisseaux, ce qui entraîne parfois l’érosion des berges. les souffleries et les volutes de fumée permettent d’explorer les mouvements d’écoulement des fluides autour des objets.

Dompter la turbulence veut réduire et éliminer pour que les fluides s’écoulent régulièrement Les objets fuselés – réduisent les turbulence et favorisent l’écoulement laminaire

Le débit Le type de fluide qui coule La force qui agit sur le fluide (les fluides clairs coulent plus vite que les épais) La force qui agit sur le fluide (le débit augmente avec la force) La dimension du conduit ou de la bouche de sortie où passe le fluide (la vitesse augmente avec la taille de l’ouverture) Le type de surface sur laquelle le fluide s’écoule (les surfaces lissent tiennent compte d’un écoulement plus rapide)

Débit et Viscosité Le débit est utilisé pour décrire la vitesse à laquelle les fluides coulent. C’est le volume de fluides qui s’écoule à travers une section en un temps donné. (Mesurer en Litre/ secondes) La viscosité est « la consistance» ou la résistance au débit. Les deux facteurs qui affectent la capacité de s’écouler d’un fluide sont la cohésion et l’adhérence.

Cohésion et tension superficielle Cohésion est la force de l'attraction entre les particules d'une substance.   Tension superficielle est l’attraction entre les particules à la surface d'un liquide.

Fluides épais Particules avec une plus grande cohésion Elles collent ensemble Ces fluides sont visqueux Plus épais Débit plus lent Exemple – sirop d’érable

Fluides moins épais Moins visqueux Moins de cohésion Ils coulent plus librement Clairs Des débits plus élevés Exemples – lait et l’eau

L’adhérence La force de l'attraction entre les particules d'un fluide et les particules d'autres substances. Les particules liquides adhèrent aux côtés des contenants. L'adhérence entre les particules de l'eau et le contenant produit la courbure de la surface appelée un ménisque.

Contrôler l’écoulement des fluides 01/30/12

Contrôler l’écoulement des fluides Mécanique des fluides – étude du comportement des fluides au repos et en mouvement Dynamique des fluides – Fluides en mouvement aérodynamique (gaz) hydrodynamique (liquides)

Contrôler les fluides dans l’industrie alimentaire Important pendant le traitement de nourritures. (ex. la margarine est faite par le bouillonnement de gaz d'hydrogène par les huiles liquides). Si le gaz d'hydrogène se mélange au pétrole trop rapidement, des graisses de transport sont produites.  

Le contrôle de l’écoulement de l’eau Les barrages – l’eau est retenue, on ouvre pour libérer l’eau L’électricité – poids de l’eau L’impact sur l’environnement - pas de pollution - pas de déchets radioactifs

MASSE VOLUMIQUE ET FLOTTABILITÉ 01/30/12

Vocabulaire poids masse volume déplacement masse volumique flottabilité vessie natatoire 01/30/12

Question Clé COMMENT LES PROPRIÉTÉS DES FLUIDES INFLUENT-ELLES SUR LEUR COMPORTEMENT ET EN DÉTERMINENT-ELLES L’UTILISATION? 01/30/12

Poids et masse Mesure de la force d’attraction que la gravité exerce sur ton corps. Ton poids va changer en fonction du lieu où il est mesuré la Lune vs. la Terre Mesure de la quantité de matière dans un objet ou une substance. La masse ne change pas, ça dépend de l’endroit où tu la mesures.

Volume Volume est la mesure de l’espace occupé par un objet. Gaz – m3 Volume (m3, l, cm3, ml) = longueur X profondeur X hauteur Gaz – m3 Liquides (1000 cm3 = 1000 ml = 1L)

Trouver le volume à partir du déplacement Calcul de volume Utiliser pour mesurer le volume des objets de forme irrégulière l’action de déplacer pour prendre la place

La masse volumique La quantité de matière pour un volume donné Ça dépend sur deux faits la masse des particules comment elles sont « contactées »

La théorie particulaire  Solide – particules sont habituellement plus contactées que celles d’un liquide Liquide - particules sont habituellement plus contactées que celles d’un gaz Donc, les solides ont habituellement une masse volumique (plus dense) plus grande que celle des liquides qui en ont une plus dense que celle des gaz. Masse volumique = masse ou D = M/V volume

Propriété spécifique et l’eau Caractéristique propre à une substance donnée et peut être utilisée pour distinguer les substances Température & masse volumique Les merveilles de l’eau les fluides deviennent plus denses quand ils refroidissent (les particules bougent plus lentement et se rapprochent les unes des autres.)

La flottabilité Action des forces sur un objet flottant Les objets flottent quand le poids des objets flottants est égal au poids de l’eau qu’ils déplacent. Les objets coulent quand le poids des objets est supérieur au poids de l’eau qu’ils déplacent. Chaque fluide a une flottabilité différente. L’eau salée est plus dense que l’eau douce.

Le principe d’Archimède La poussée sur un objet égale le poids du fluide qu’il déplace. L’objet surnage si son poids dépasse celui du fluide qu’il déplace ou s’enfonce si son poids l’excède. La poussée dépend de la pesanteur, sans la pesanteur, la poussée n’existerait pas. une poussée positive – s’il surnage une poussée négative – s’il s’enfonce une poussée nulle – s’il y a équilibre entre les deux

Calculer la masse volumique D = Masse Volume Volume = 65,5 ml – 62,0 ml = 3,5 ml D = 26 g/3,5 ml = 7,4 g/ml La masse volumique est 7,4 g/ml. Un cylindre gradué contient 62,0 ml d’eau. Quand un petit bloc de métal est déposé dans l’eau, le volume total est égal à 65,5 ml. Si le bloc a une masse de 26g quelle est sa masse volumique?

La masse volumique D = M/V Un contenant vide a une masse de 67 g. Après avoir versé 55 ml d’huile d’olive dans le contenant, la masse totale s’élève à 117g. Quelle est la masse volumique de l’huile d’olive? D = M/V Masse = 117 g – 67 g = 50g D = 50 g / 55 ml = 0,91 g/ ml La masse volumique de l’huile d’olive est 0,91 g/ ml.

La masse volumique La masse d’un bloc de fer est 35 g. Quand ce bloc de fer est déposé dans un cylindre gradué contenant 65 ml d’eau, le volume total de l’eau et du fer est de 69,5 ml. Quelle est la masse volumique de ce bloc de fer? D = M/V Volume = 69,5 ml – 65 ml = 4,5 ml D = 35 g/ 4,5 ml = 7,8 g/ml La masse volumique de ce bloc de fer est 7,8 g/ml.

La masse volumique Un cylindre gradué contient 45 ml d’eau. Une roche de granite a une masse de 9,38 g. Quand cette roche est déposée dans le cylindre gradué, le volume total de l’eau et de la roche est de 48,5 ml. Quelle est la masse volumique de la roche? D = M/V Volume = 48,5 ml – 45 ml = 3,5 ml D = 9,38 g/ 3,5 ml = 2,7 g/ ml La masse volumique de la roche est 2,7 g/ml.

Les fluides sous pression

Question Clé Comment les fluides sous pression influencent-ils nos vies et celles des autres êtres vivants?

Vocabulaire comprimer compressibilité système pneumatique système hydraulique pression pression atmosphérique principe de Pascal valve moteur à combustion interne

Mettre les fluides sous pression L’air et l’eau tendent à s’écouler d’un endroit à l’autre lorsqu’on essaie de les comprimer ou de les mettre dans un espace plus petit.

Les fluides sous pression  Les gaz sont plus compressibles particules sont plus éloignées donc plus d’espaces entres les unes les autres moins d’espaces entre les particules des liquides, donc compressibilité faible les solides ne sont pas compressibles Compressibilité est la capacité d’une substance à devenir plus compacte sous l’effet d’une pression.

Les types de systèmes de fluides Les systèmes pneumatiques – l’air ou gaz comprimés pour effectuer un travail. Les systèmes hydrauliques – liquides comprimés (souvent de l’huile) pour effectuer un travail. Le fluide est retenu à l’intérieur pour fonctionner. « systèmes fermes » - aucune matière n’entre ni ne sort.

Les composantes des systèmes Une pompe pousse les fluides dans un système. Des conduits (tubes, boyaux) permettent d’acheminer les fluides. Les valves assurent la circulation du fluide dans la direction souhaitée au moment voulu. Un manomètre mesure la pression à l’intérieur du système.

Les systèmes Pneumatique Hydraulique

Les effets de la pression externe sur les fluides 01/30/12

La pression de mesure en Pascals (Pa) la force appliquée à une unité de surface. Les dispositifs peuvent être conçus pour augmenter la pression (punaises) ou réduire la pression (raquette à neige). Pression (p) = Force (F) Aire (A) La pression de mesure en Pascals (Pa) 1 Pa = 1N/m2

Pression Pression de l’air et pression de l’eau Les fluides exercent aussi une pression. La pression agit en toutes les directions. L’eau est plus lourde que l’air. La pression atmosphérique (pression de l’air): est la force exercée par l’atmosphère. La pression et le principe de Pascal les fluides soumis à une pression dans un contenant poussent dans toutes les directions.

Principe de Pascal la force appliquée à un fluide est transmise de manière égale à toutes les parties du fluide dans toutes les directions. Appliquer le principe de Pascal Les seringues Le piston d’une petite seringue s’enfonce plus profondément que le piston de la grande seringue. Le piston de la petite seringue est plus facile à déplacer que celui de la grande seringue.

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Les relations entre la pression, le volume et la température

Pression La pression d’un gaz réduit son volume. Presque impossible de percevoir la pression d’un liquide. Oxygène dans les bouteilles de plongée. Plus le nombre de collisions entre les particules et les parois du contentant augmente. Rôle de friction et température. Les symboles de mise en garde.

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