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  Mécanique des fluides  

Maxicours vous propose de decouvrir un extrait de quelques cours de Mécanique des fluides. Pour proposer un accompagnement scolaire de qualite en Mécanique des fluides, toutes nos ressources pédagogiques ont été conçues spécifiquement pour Internet par des enseignants de l'Education nationale en collaboration avec notre équipe éditoriale.

Lois sur les gaz  
  • 1. Pression atmosphérique
  • 2. Pression absolue et pression...
  • 3. Loi de Boyle-Mariotte
  • 4. Loi de Gay-Lussac - Loi de Charles
  • 5. Dilatation des gaz
  • 6. Principe de Pascal

La société a développé des lois qui lui permettent de contrôler et de guider la population. La sévérité de ces lois varie selon le pays et le type de régime politique. Par exemple, une loi de votre pays vous oblige à payer des taxes et des impôts.

La nature possède elle aussi ses propres lois, lesquelles régissent les divers phénomènes physiques ou chimiques. La grande différence entre les lois naturelles, c'est-à-dire celles de la nature, et les lois artificielles, c'est-à-dire celles créées par les êtres humains, est leur rigidité.

En effet, les lois naturelles ne peuvent être contournées, tandis que celles de la société servent plutôt de guides pour juger, de façon officielle, les actes des individus.

Les lois des gaz sont immuables, c'est-à-dire qu'elles ne sont pas sujettes à changement. Par exemple, une de ces lois stipule qu'un gaz, dans un vase clos, exerce une pression égale sur tous les points des parois ; cette loi est toujours vraie, peu importe le lieu et le temps où elle est vérifiée.

Dans cette étude, vous étudierez les différentes lois qui régissent le comportement des gaz.

1. Pression atmosphérique

L'étude nommée propriétés des gaz, vous apprend que l'air a une masse donc un poids. Vous savez aussi que les liquides, en vertu de la pesanteur, exercent une pression sur les corps qui y sont immergés. De même, l'air constituant l'atmosphère, dont le poids est considérable, crée une pression sur le sol et sur les corps placés dans cette atmosphère.

Les être humains et les animaux qui habitent cet océan d'air n'ont aucune conscience de la présence de la pression atmosphérique, puisqu'elle s'exerce de façon égale sur toutes les faces du corps, y compris à l'intérieur ; la pression est donc équilibrée en tous sens.

L'unité de base définie pour la pression dans le système international d'unités est le pascal (Pa) et newton (N). Toutefois, une pression de 1 Pa  est en fait une pression trop faible pour que notre sens du toucher puisse la percevoir. La plupart du temps, on utilise donc ses multiples, le kilopascal (kPa) et le mégapascal (MPa).

La plupart des pressions sont indiquées par rapport à une pression de référence, soit la pression atmosphérique.

Toutefois, la pression atmosphérique varie selon le lieu et les conditions atmosphériques, au niveau de la mer, entre 98 et 104 kPa. En général, elle demeure assez stable à 101 kPa, comme on peut le constater tous les jours à la rubrique météo.

Dans la pratique courante, on utilise souvent une autre unité, appelée "bar", en raison de sa correspondance approximative avec la pression atmosphérique (patm).

1 bar = 100 kPa

Sachez que lorsqu'on parle de pression, il vaut mieux estimer un ordre de grandeur plutôt que d'axer sur la précision. En ce sens, retenez les relations suivantes : patm = environ 1 bar = environ 100 kPa

2. Pression absolue et pression effective

La pression absolue, dans un fluide, est la pression réelle de ce fluide, c'est-à-dire la pression qui règne dans l'ensemble de ses molécules. Par exemple, l'air que nous respirons a une pression absolue d'environ p = 1,01 bar.

Lorsque l'on mesure la pression d'un fluide enfermé dans un vase clos à l'aide d'un manomètre comme celui de la figure suivante, on obtient la pression effective de ce fluide, c'est-à-dire la valeur de sa pression sans tenir compte de la pression atmosphérique.

On mesure donc l'excédent de pression par rapport à la pression atmosphérique. En effet, le manomètre subit dès le départ la pression atmosphérique.

Toutes les lectures que vous faites au cours de vos expériences de travail traduisent donc des pressions effectives. Une pression effective de 500 kPa (5 bars) est donc une pression supérieure de 500 kPa à la pression atmosphérique.

Manomètre :

Pour connaître la pression absolue d'un fluide enfermé dans un vase clos, on doit additionner, à la pression effective, la valeur de la pression atmosphérique normale, soit environ 1 bar ou 100 kPa. Une pression effective de 500 kPa équivaut donc à une pression absolue de 600 kPa.


On appelle aussi la pression effective "pression relative" du fait qu'on obtient une lecture par rapport à la pression atmosphérique. En anglais, on dit aussi une pression gauge.

Le vérin à double effet figure suivante fonctionne avec une pression de 7 bars. C'est la pression lue au manomètre, appelée pression relative. Avant l'admission d'air les chambres du vérin étaient à la pression atmosphérique par l'échappement soit 1 bar. Le manomètre indique 0. La pression absolue est égale à 7 + 1 = 8 bars.

Pressions :

 

Pression vacuum :

A l'inverse d'un compresseur qui comprime de l'air sous pression, on obtient une pression négative par rapport à la pression atmosphérique lorsqu'on tente de faire le vide dans un vase clos. Cette pression négative est désignée par l'expression "pression vacuum".

L'échelle de la pression vacuum fonctionne à l'inverse des autres, car elle tend vers le vide parfait. La pression vacuum maximale est donc la pression atmosphérique, et la pression la plus faible, le vide absolu (0 Pa). En pratique, il est techniquement impossible qu'une pompe vacuum atteigne le vide parfait à cause des fuites.

On identifie les manomètres à pression négative à l'aide de l'abréviation "VAC". Comme la gamme des pressions négatives est restreinte, on fait davantage appel à d'autres unités de mesure que le Pa pour obtenir plus de précision. Les valeurs entre parenthèses correspondent à la pression négative maximale, soit la pression atmosphérique :

- pascals (101 000 Pa) ;

- mètres d'eau (10,33 m) ;

- centimètres de mercure (76 cm Hg).

La figure suivante permet de comparer les différentes échelles de pression par rapport au vide et à la pression atmosphérique.

Comparaison des pressions :

 

3. Loi de Boyle-Mariotte

"A température constante, le volume occupé par une masse donnée de gaz varie en raison inverse de la pression qu'elle supporte." On peut écrire cette relation sous la forme de l'équation suivante : p1V1 = p2V2 = Constante

Au départ, conditions initiales, le volume d'air V1(V1 = 1) d'un cylindre est à la pression p1, pression atmosphérique, sous l'action de la force F

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