Tutoriels de physique de base

L'équation de Poiseuille

Article sur l'équation de Poiseuille

L'équation de Poiseuille a été découverte par Jean Louis Marie Poiseuille (1799-1869). Comme expliqué précédemment, tout fluide peut être considéré comme un fluide idéal. Un fluide idéal est dépourvu de viscosité. Si l'on suppose qu'un fluide idéal s'écoule dans une conduite, chaque partie du fluide se déplace à la même vitesse (v). Contrairement au fluide idéal, les fluides réels que nous rencontrons au quotidien possèdent une viscosité. Du fait de cette viscosité, lorsqu'ils s'écoulent dans une conduite, par exemple, la vitesse de chaque partie du fluide varie. La couche de fluide située au centre se déplace plus rapidement (v<sub>c</sub> élevée), tandis que la couche de fluide au contact de la paroi de la conduite est immobile (v<sub>c</sub> = 0). Ainsi, du centre vers les parois de la conduite, chaque partie du fluide se déplace à une vitesse différente. Pour faciliter la compréhension, reportez-vous à l'illustration ci-dessous.

Viscosité

Les fluides, qu'ils soient liquides ou gazeux, présentent différents niveaux de viscosité. La viscosité correspond au frottement entre les molécules qui composent un fluide. Ainsi, ce frottement se manifeste lors de l'écoulement du fluide. Dans les liquides, la viscosité est due aux forces de cohésion (forces d'attraction entre molécules similaires). En revanche, dans les gaz, la viscosité est due aux collisions entre les molécules.

Un fluide liquide s'écoule plus facilement, comme l'eau. À l'inverse, un fluide visqueux s'écoule plus difficilement, comme un lubrifiant. On peut le vérifier en versant de l'eau et du lubrifiant sur une surface inclinée. L'eau s'écoule plus vite que l'huile. La viscosité d'un fluide dépend également de sa température. Plus la température du liquide est élevée, moins il est visqueux. Par exemple, lorsqu'on fait frire du poisson, l'huile de cuisson, initialement épaisse, devient plus fluide à la chaleur. Inversement, plus la température d'un gaz est élevée, plus il est visqueux.

Capillarité

Force de cohésion et d'adhésion

La force de cohésion est une force d'attraction entre les molécules d'une même substance, tandis que la force d'attraction entre les molécules de substances différentes est appelée force d'adhésion. Par exemple, lorsqu'on verse de l'eau dans un verre, la cohésion se produit lorsque les molécules d'eau s'attirent mutuellement, tandis que l'adhésion se produit lorsque les molécules d'eau et les molécules de verre s'attirent mutuellement.

Tension superficielle

Avez-vous déjà joué aux bulles de savon ? Les bulles de savon sont rondes. Amusantes. On peut les faire éclater en soufflant dedans. Après avoir volé, les bulles de savon éclatent. Waouh, c'est amusant, un jeu d'enfance ! Pourquoi les bulles de savon sont-elles rondes ?

Réveillez-vous le matin et observez les feuilles autour de la maison. Remarquez les gouttelettes de rosée qui y sont accrochées. C'est étrange : les gouttes de rosée sont rondes. Comment est-ce possible ?

La tension superficielle est due au resserrement de la surface du liquide, lui donnant l'apparence d'une fine membrane. Ce phénomène est influencé par la force de cohésion entre les molécules d'eau. Pour mieux comprendre, prenons l'exemple d'un liquide contenu dans un récipient.

Principe d'Archimède

Article sur le principe d'Archimède

Un navire très massif ne coule pas, tandis qu'une petite pierre peut couler. Pourquoi ? La réponse est simple si l'on comprend le principe de la poussée d'Archimède.

Dans la vie courante, on constate que les objets immergés dans un fluide, comme une pierre, ont un poids inférieur à celui des objets hors du fluide. Il peut être difficile de soulever une pierre du sol, mais cette même pierre est facilement remontée du fond de l'eau de mer. Ceci est dû à la poussée d'Archimède. La poussée d'Archimède est due aux différences de pression du fluide à différentes profondeurs. La pression du fluide augmente avec la profondeur ; plus le fluide est visqueux, plus sa pression est élevée. Lorsqu'un objet est immergé dans un fluide, une différence de pression apparaît entre le fluide situé au-dessus de l'objet et celui situé en dessous. Le fluide au-dessous de l'objet exerce une pression plus élevée que celui au-dessus.

Le principe de Pascal

Article sur le principe de Pascal

Comment fonctionne un pont élévateur hydraulique pour soulever une voiture ? Quel est le principe de fonctionnement des freins hydrauliques lorsqu'ils servent à réduire la vitesse d'une voiture ? Veuillez vous référer au principe de Pascal pour comprendre cela.

Tout fluide exerce une pression constante sur tous les objets avec lesquels il est en contact. L'eau versée dans un verre exerce une pression sur sa paroi. De même, si nous prenons un bain dans une piscine ou en mer, l'eau exerce une pression sur notre corps.

Pression dans les fluides

Article sur la pression dans les fluides

En physique, la pression est définie comme la force par unité de surface, la direction de la force étant perpendiculaire à la surface. Mathématiquement, la pression s'exprime par l'équation P = F / A, où P = pression, F = force et A = surface. L'unité de force (F) est le newton (N), et l'unité de surface est le mètre carré (m² ⁾ . Puisque la pression est la force par unité de surface, son unité est le newton par mètre carré (N/m² ⁾^. On l'appelle aussi pascal (Pa). Le pascal a été choisi comme unité de pression en hommage à Blaise Pascal.

Densité et gravité spécifique

Article sur la densité et la densité relative

Densité

Une caractéristique importante d'une substance est sa densité. La densité est le rapport de la masse au volume. Mathématiquement, cela s'écrit :

= m / V

ρ (rho) est la lettre grecque couramment utilisée pour exprimer la densité, m représente la masse et V le volume. La densité d'un fluide homogène diffère de celle d'un solide homogène. Le fer, par exemple, a la même densité dans tous ses composants. Dans l'atmosphère terrestre, plus on s'élève au-dessus de la surface, plus sa densité est faible, tandis que pour l'eau de mer, plus on est profond, plus sa densité est élevée. La densité d'un fluide homogène peut dépendre de facteurs environnementaux tels que la température et la pression.

Applications du principe de Bernoulli et de l'équation de Bernoulli

Article sur les applications du principe de Bernoulli et de l'équation de Bernoulli

Le théorème de Torricelli

L'application des principes et des équations de Bernoulli 1 L'une des applications de l'équation de Bernoulli est de calculer la vitesse de sortie d'un liquide par le fond d'un récipient (voir figure).

On applique l'équation de Bernoulli au point 1 (surface du récipient) et au point 2 (surface de l'orifice). Le diamètre de l'orifice au fond du récipient étant bien inférieur à celui du récipient, la vitesse du liquide à la surface de celui-ci est considérée comme nulle (v₁ ₌0). La surface du récipient et celle de l'orifice étant ouvertes, la pression est égale à la pression atmosphérique (P₁ ₌P₂ ₎. L'équation de Bernoulli dans ce cas est donc :

Principe de Bernoulli et équation de Bernoulli

Article sur le principe de Bernoulli et l'équation de Bernoulli

Quand on fait de la moto, nos vêtements se retrouvent gonflés à l'arrière. Parfois, par grand vent, la porte se ferme toute seule, même si le vent souffle à l'extérieur alors que la porte est à l'intérieur.

Ceci s'explique par le principe de Bernoulli. Daniel Bernoulli (1700-1782) a découvert un principe permettant d'expliquer ce phénomène.

Le principe de Bernoulli