PHYSIQUE N2 Introduction Symboles, équation, surface & volume

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1 PHYSIQUE N2 Introduction Symboles, équation, surface & volume
Unités de mesure & conversions Règle de trois Pression Poids apparent Loi de Mariotte (PV = cte) Loi d’Henry (dissolution, hors programme) Conclusion S Challemel E3 N° 13952

2 1) Symboles, équation, surface & volume
= égal à < inférieur à ou <= inférieur ou égal à > supérieur à ou >= supérieur ou égal à environ égal à ou  implique équivalent à Équation: a, b, c sont des constantes x est l’inconnue à trouver. ax + b = c ax + b - b = c - b Exemple: Surface & Volume: Surface = S = l x L h L Volume = V = S x h = l x L x h l

3 Illustration équation:
On suppose que toutes les pdt ont la même taille, quel est le poids d’une pdt ? 10pdt = 1000 10pdt – 200 = 1000 – 200 10pdt = 800 (10pdt)/10 = 800/10 Pdt = 80 g 10 pomme de terre (10pdt)

4 2) Unités de mesure & conversions
Grandeurs Unités Sous multiples Conversions Longueur m 1 km = 10 hm = 100 dam = 1000 m 1 m = 10 dm = 100 cm = 1000 mm, etc… Surface m2 1m2 = 100 dm2 = cm2, … Volume m3 1m3 = 1000 dm3 = 1000 l, … 1 dm3 = 1 l Masse kg 1 kg = 1000 g, … Pression Pa (Pascal) 1 bar = Pa 1 bar 1kg/cm2 1 bar mm de Hg

5 3) Règle de trois Corps (Kg/l)
Exemple: quelle est le poids d’un bloc de 12 l contenant 2400 l d’air sachant qu’il pèse 15 kg à vide et sachant qu’1 litre d’air pèse 1,29g ? a b 1 litre 1,29g 2400 litre P air ? X = (c x b)/a c X ? Corps (Kg/l) Eau 1 Eau de mer 1,03 Air 1,29 g/l Plomb (Pb) 11,3 P air = (2400 x 1,29)/1 = 3096 g P bloc plein 18,1 kg Application en plongée: variation de poids entre la fin de plongée et le début, le lestage est donc déterminé en fin de plongée (pression bouteille en fin de plongée = 50 bar min). P = 18,1 Kg

6 4) Pression Pression absolue (P abs): P atmosphérique = P atm
P atm = 1 bar au niveau de la mer Lié au poids de l’air Résultante des deux: P abs = P atm + P r P relative (bar) = Pr Pr = Profondeur (m) / 10. Soit 1 bar / 10 m Lié au poids de l’eau Profondeur ( m) 1 cm 1 cm P abs = P atm + Profondeur (m)/10 Au niveau de la mer, P abs = 1 + Profondeur (m)/10 Poids de la colonne d’eau

7 5) Poids apparent Théorème d’Archimède:
Tout corps plongé dans un fluide au repos subit une force verticale, dirigée de bas en haut dont l’intensité est égale au poids du volume du fluide déplacée. Démonstration Animation flash Forme de l’objet Poids de la pâte à modeler (g) Poids du volume d’eau déplacée (g) Poids de l’objet - Poids du volume d’eau déplacée (g) Boule 39 31 + 8 Barque 47 - 8 Poids apparent (Kg) = Poids réel (Kg) - Poussée d’Archimède (Kg) Papp = Pr - Parch

8 5) Poids apparent Profondeur (m) Poids apparent Poussée d’Archimède
< 0 (flottabilité positive) 3 = 0 (flottabilité neutre) > 0 (flottabilité négative) Poids réel

9 5) Poids apparent Exercice:
Un plongeur totalement équipé déplace un volume d’eau de 100 l. Il a réglé son lest en lac (3 m), il a 6 Kg de plomb et pèse 94 Kg avec son équipement sans les plombs. 1l d’ eau douce = 1Kg, 1l d’eau de mer = 1,03 Kg, on ne prend pas en compte le volume d’eau déplacée par les plombs 1) son lestage est il bon en lac ? 2) son lestage est il correct en mer ? Si non que doit il faire ? Parch = 100 x 1,03 = 103 Kg Pr = = 100 Kg 2 Il doit rajouter 3 Kg Parch = 100 Kg Pr = = 100 Kg 1 ok Rq: Penser à noter dans votre carnet de plongée le lestage car il dépend de l’endroit où on plonge: lac, mer rouge, méditerranée, etc

10 6) Loi de Mariotte, expérience

11 6) Loi de Mariotte, expérience
6 m: 37,5 ml 10 m: 30 ml

12 6) Loi de Mariotte, expérience
30 m: 15 ml Profondeur (m) Volume Pression (bar) P x V 60 1 6 37,5 1,6 10 30 2 15 4 Profondeur (m) Volume Pression (bar) P x V 60 1 6 37,5 1,6 10 30 2 15 4

13 6) Loi de Mariotte (PV = constante)
A une température donnée, Pression 1 (bar) x Volume 1 (l) = Pression 2 x Volume 2 P1V1 = P2V2 = Q Q représente une quantité de gaz et il y a conservation de cette quantité de gaz:

14 6) Loi de Mariotte (PV = constante)

15 6) Loi de Mariotte (PV = constante)
Exercice (autonomie): Une palanquée évolue à 20 m et a reçu comme consigne par le DP d’arrêter la plongée à 50 bar. 2 plongeurs sont équipés de 12 l et un d’un 10 l. Sachant que la consommation moyenne est de 20l/min et que les bouteilles ont été gonflées à 200 bar quelle sera la durée de la plongée ? Un requin au tout début de la plongée (200 bar) à 20 m effraye un des plongeurs (équipé d’un bloc 12l) qui panique et déclenche un essoufflement! Au bout de combien de temps sera t il en panne d’air sachant qu’il consomme 100 l/min ? 0 m 20 m P1V1 = 150 x 10 = 1500 l V2 = 1500/3 = 500 l T min = 500/20 = 25 min 1 2 P1V1 = 200 x 12 = 2400 l V2 = 2400/3 = 800 l T min = 800/100 = 8 min

16 6) Loi de Mariotte (PV = constante)

17 6) Loi de Mariotte (PV = constante)
Constitution de l’air: 79% azote et 21% (20,97%) d’oxygène, pour simplifier on prendra 80% azote (N2) et 20% d’oxygène (O2) 0 m 20 m 1 l d’air à 1 bar 0,33 l d’air à 3 bar PV = cste 1 l d’air à 20 m (3 bar), contient 3 x plus d’azote et d’oxygène qu’à la surface (car il est comprimé par la pression ambiante), il est donc 3 fois plus lourd Application en plongée: permet d’expliquer l’essoufflement (air plus lourd), la décompression (quantité d’azote respiré augmente avec la profondeur), la toxicité des gaz en plongée (ivresse des profondeurs, toxicité de l’oxygène,…), …

18 7) Loi de Henry (Dissolution, hors programme N2)
Dissolution d’un gaz dans un liquide (passage d’un gaz dans un liquide ): t1 t2 Le phénomène est réversible et le passage du gaz se fait toujours de la plus forte concentration vers la plus faible: t

19 7) Loi de Henry (hors programme N2)
A l’équilibre la quantité d’azote dissous dans le corps est proportionnelle à la quantité d’azote respiré 0 m 20 m Corps stocke l’azote pendant la plongée (oxygène consommé par l’organisme) Corps libère de l’azote pendant la remontée Décompression trop rapide = risque d’accident de décompression = libération anarchique d’azote Décompression en respectant le moyen de décompression (ordi, table) Azote respiré Azote dissous dans le corps