cours:lycee:sti2d:terminale_technologique:physique_chimie:la_statique_des_fluides
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| cours:lycee:sti2d:terminale_technologique:physique_chimie:la_statique_des_fluides [2026/05/20 09:38] – [4. Encadré Méthode : Résoudre un problème de statique des fluides] prof67 | cours:lycee:sti2d:terminale_technologique:physique_chimie:la_statique_des_fluides [2026/05/20 09:54] (Version actuelle) – Cours généré par l'IA: La statique des fluides (lycee, terminale_technologique, physique_chimie) wikiprof | ||
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| Ligne 3: | Ligne 3: | ||
| ===== Prérequis ===== | ===== Prérequis ===== | ||
| - | Avant d' | + | Avant d' |
| - | - La notion de force et son unité, le Newton | + | |
| - | - La définition de la masse volumique < | + | |
| - | - Les conversions d' | + | |
| - | - La notion d' | + | * Les conditions d' |
| - | Ce chapitre | + | Ce cours se place généralement au deuxième trimestre, après l' |
| - | ===== Résumé | + | ===== Chapitre 1 : Nature des fluides et concept de pression |
| - | * La **pression** < | + | Pour comprendre pourquoi un barrage doit être plus épais à sa base qu'à son sommet, ou pourquoi vos oreilles " |
| - | * L' | + | |
| - | * La **force pressante** < | + | |
| - | * La **pression absolue** est la pression réelle mesurée par rapport au vide total. | + | |
| - | * La **pression relative** est la différence entre la pression absolue et la pression atmosphérique : < | + | |
| - | * La **pression différentielle** est la différence de pression entre deux points ou deux enceintes : < | + | |
| - | * La **loi fondamentale de la statique des fluides** (pour un liquide incompressible) stipule que la différence de pression entre deux points < | + | |
| - | * Dans un liquide au repos, la pression est la même en tous les points situés à la même altitude (ou profondeur). | + | |
| - | * Les instruments de mesure incluent le **baromètre** (pression atmosphérique) et le **manomètre** (pression relative ou différentielle). | + | |
| - | <hr> | + | ==== 1.1 Qu' |
| - | ===== Chapitre 1 : Le concept de fluide et la pression à l'échelle macroscopique ===== | + | Un **fluide** est un milieu matériel parfaitement déformable. Contrairement aux solides, les fluides n'ont pas de forme propre |
| + | * Les **liquides** : ils sont quasiment incompressibles (leur volume ne varie presque pas sous l'effet de la pression) et possèdent une surface libre au repos. | ||
| + | * Les **gaz** : ils sont compressibles et occupent tout le volume disponible. | ||
| - | ==== 1. Qu'est-ce qu'un fluide | + | À l'échelle microscopique, |
| - | En physique, un fluide est un milieu matériel continu et déformable. Contrairement aux solides, les fluides n'ont pas de forme propre ; ils épousent la forme du récipient qui les contient. On distingue deux grandes familles : | + | ==== 1.2 La force pressante ==== |
| - | - **Les liquides** : Ils sont quasiment incompressibles (leur volume ne change presque pas sous l' | + | |
| - | - **Les gaz** : Ils sont compressibles et expansibles (ils occupent tout l' | + | |
| - | À l'échelle microscopique, | + | Lorsqu' |
| - | ==== 2. Définition | + | Cette force possède des caractéristiques immuables : |
| + | * **Point d' | ||
| + | * **Direction** : perpendiculaire (normale) à la surface <m 12> | ||
| + | * **Sens** : du fluide vers la paroi. | ||
| + | * **Norme** : proportionnelle à la valeur | ||
| - | Lorsqu' | + | ==== 1.3 Définition de la pression ==== |
| - | **Définition | + | La **pression** est une grandeur scalaire qui traduit l' |
| - | La force pressante < | + | |
| - | - **Point d' | + | |
| - | - **Direction** : Perpendiculaire à la surface (normale à la paroi). | + | |
| - | - **Sens** : Du fluide vers la paroi. | + | |
| - | - **Normale (Valeur)** : <m>F = P . S</m>. | + | |
| - | **Définition de la pression :** | + | **La pression <m 12> |
| - | La **pression** < | + | <m 12>P = (F)/ |
| - | <br> | + | |
| - | <m>P = (F)/ | + | |
| - | < | + | |
| - | Avec : | + | |
| - | - < | + | |
| - | - < | + | |
| - | - < | + | |
| - | **Remarque pédagogique | + | Avec les unités du Système International (SI) : |
| + | < | ||
| + | < | ||
| + | < | ||
| + | < | ||
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| - | ==== 3. Les unités de pression usuelles ==== | + | *Remarque pédagogique :* Une pression de <m 12>1 Pa</ |
| - | Bien que le Pascal soit l' | + | ==== 1.4 Pressions absolue, relative et différentielle ==== |
| - | - **Le bar** : <m>1 bar = 10^5 Pa = 100 kPa</ | + | |
| - | - **L' | + | |
| - | - **L' | + | |
| - | **Question de réflexion :** Pourquoi une personne portant des talons aiguilles s'enfonce-t-elle davantage dans un sol meuble qu'une personne portant des chaussures plates, à poids égal ? | + | C'est ici que les nuances deviennent importantes pour un futur technicien ou ingénieur. |
| - | *Réponse : À force égale (le poids), la surface de contact est plus petite, donc la pression exercée sur le sol est beaucoup plus élevée.* | + | |
| - | ===== Chapitre | + | * **La pression absolue** (<m 12> |
| + | * **La pression atmosphérique** (<m 12> | ||
| + | * **La pression relative** (<m 12> | ||
| + | <m 12> | ||
| + | C'est souvent ce que mesure un manomètre de pneu. Si votre manomètre affiche <m 12>2,2 bars</ | ||
| + | * **La pression différentielle** | ||
| - | En milieu industriel et médical, il est crucial de savoir | + | *Question de réflexion :* Si vous êtes dans l' |
| - | ==== 1. Pression absolue, relative et différentielle | + | ===== Chapitre 2 : Loi fondamentale de la statique des fluides ===== |
| - | **La pression absolue | + | Dans un fluide au repos (statique), la pression n' |
| - | C'est la pression mesurée par rapport | + | |
| - | **La pression relative (< | + | ==== 2.1 Énoncé du principe fondamental de l'hydrostatique |
| - | C'est la pression mesurée par rapport à la pression atmosphérique ambiante (< | + | |
| - | < | + | |
| - | < | + | |
| - | < | + | |
| - | Si vous gonflez un pneu à <m>2,5 bars</ | + | |
| - | **La pression différentielle | + | Pour un fluide incompressible |
| - | C' | + | |
| - | < | + | |
| - | < | + | |
| - | < | + | |
| - | Elle est utilisée, par exemple, pour mesurer l' | + | |
| - | ==== 2. Les instruments de mesure ==== | + | **La loi fondamentale de la statique des fluides s' |
| + | <m 12>P_B - P_A = rho . g . (z_A - z_B)</ | ||
| - | - **Le baromètre** : Mesure la pression atmosphérique absolue. Le premier baromètre fut inventé par Torricelli en 1643 à l'aide d'un tube de mercure. | + | Ou plus simplement, si l'on note <m 12> |
| - | - **Le manomètre** : Mesure une pression relative ou différentielle. | + | <m 12>Delta P = rho . g . h</m> |
| - | - *Le manomètre à tube en U* : On utilise la différence de hauteur | + | |
| - | - *Le manomètre à aiguille (Bourdon)* : Utilise la déformation d'un tube métallique sous l' | + | |
| - | - **Les capteurs de pression électroniques** : Utilisent souvent l' | + | |
| - | ==== 3. Exemple concret : La plongée sous-marine ==== | + | Où : |
| + | * <m 12> | ||
| + | * <m 12> | ||
| + | * <m 12> | ||
| + | * <m 12> | ||
| - | Un plongeur descend à <m>20 mètres</ | + | *Attention |
| - | < | + | |
| - | <m>P_{abs} = P_{relative} + P_{atm} = 2 + 1 = 3 bars</m> | + | |
| - | < | + | |
| - | Le plongeur doit donc équilibrer cette pression pour ne pas endommager ses tympans. | + | |
| - | ===== Chapitre 3 : Loi fondamentale de la statique des fluides ===== | + | ==== 2.2 Conséquences directes |
| - | Ce chapitre constitue le cœur scientifique du sujet. Nous allons établir comment | + | * **Surface libre d'un liquide** : Tous les points situés à la même profondeur dans un même fluide au repos sont à la même pression. C'est pour cela que la surface d'un verre d'eau est horizontale. |
| + | * **Indépendance de la forme** : La pression au fond d' | ||
| - | ==== 1. Énoncé de la loi fondamentale | + | ==== 2.3 Exercice d' |
| - | Considérons un liquide | + | Un plongeur descend à une profondeur |
| + | - Calculer la pression relative exercée par l'eau sur le plongeur. | ||
| + | - En déduire la pression absolue subie par le plongeur. | ||
| - | **Loi fondamentale de l' | + | **Corrigé guidé |
| - | La différence de pression entre deux points < | + | - On utilise |
| - | < | + | <m 12>P_{rel} |
| - | <m>P_B - P_A = rho . g . (z_A - z_B)</ | + | - La pression absolue est <m 12>P_{abs} = P_{atm} + P_{rel}</m>. |
| - | < | + | <m 12>P_{abs} |
| - | Ou, si l'on définit la profondeur <m>h</ | + | |
| - | <br> | + | |
| - | <m>Delta P = rho . g . h</m> | + | |
| - | < | + | |
| - | Avec : | + | |
| - | - < | + | |
| - | - <m>rho</ | + | |
| - | - <m>g = 9,81 N.kg^{-1}</ | + | |
| - | - < | + | |
| - | **Interprétation | + | ===== Chapitre 3 : Mesures de pression et applications technologiques ===== |
| - | ==== 2. Conséquences et applications ==== | + | La maîtrise de la pression est au cœur de nombreux systèmes industriels, |
| - | - **Surfaces isobares** : Dans un fluide au repos, tous les points situés sur un même plan horizontal sont à la même pression. | + | ==== 3.1 Les instruments de mesure ==== |
| - | - **Principe des vases communicants** : Un liquide au repos dans des récipients reliés entre eux s' | + | |
| - | - **Barrages hydrauliques** : La base d'un barrage est toujours beaucoup plus épaisse que le sommet, car la pression exercée par l'eau augmente linéairement avec la profondeur. La force pressante sur la paroi est donc gigantesque au fond. | + | |
| - | ==== 3. Exercices | + | * **Le baromètre** : Inventé par Torricelli, il sert à mesurer la pression atmosphérique. Le baromètre à mercure utilise une colonne de liquide dont la hauteur varie avec la pression de l'air ambiant. |
| + | * **Le manomètre** : Il mesure la pression | ||
| + | * *Manomètre à colonne de liquide | ||
| + | * *Manomètre à tube de Bourdon* : C'est le cadran à aiguille classique. Un tube métallique courbé se déforme sous l' | ||
| - | **Exercice 1 : Calcul de force pressante** | + | ==== 3.2 Le principe |
| - | Un hublot de sous-marin a une surface de < | + | |
| - | *Corrigé guidé :* | + | Une propriété fondamentale des fluides incompressibles |
| - | - On utilise la formule <m>F = P . S</ | + | |
| - | - On vérifie les unités : < | + | |
| - | - Calcul : <m>F = 5 . 10^5 . 0, | + | |
| - | - Résultat : <m>F = 25000 N</m> (soit <m>25 kN</ | + | |
| - | **Exercice 2 : Calcul | + | **Théorème de Pascal |
| - | Une cuve contient | + | |
| - | *Corrigé guidé | + | Cette propriété permet de créer des multiplicateurs de force : la **presse hydraulique**. |
| - | - On identifie les points : Point <m>A</ | + | Si l'on applique une force <m 12>F_1</ |
| - | - On applique la loi : <m>P_B - P_A = rho . g . (z_A - z_B)</m>. | + | <m 12>F_2 = P . S_2 = F_1 . (S_2)/(S_1)</m> |
| - | - On isole <m>P_B</m> : < | + | |
| - | - Calcul : <m>P_B = 100000 + 850 . 9,81 . 4, | + | |
| - | - < | + | |
| - | - Résultat : < | + | |
| - | ==== 4. Encadré Méthode : Résoudre | + | Si <m 12> |
| - | **Étape 1** : Repérer les deux points | + | ==== 3.3 Exercice |
| - | **Étape 2** : Vérifier la masse volumique du fluide. Attention, si elle est donnée en <m>g.cm^{-3}</ | + | On souhaite soulever une charge de <m 12>15000 N</m> à l'aide d'un cric dont le piston de sortie a une surface <m 12>S_2 = 50 cm^2</m>. Le piston d' |
| + | - Quelle pression doit régner dans le circuit d'huile ? | ||
| + | - Quelle force <m 12>F_1</ | ||
| - | **Étape 3** : Appliquer la formule | + | **Corrigé guidé :** |
| + | - Conversion | ||
| + | <m 12>P = (F_2)/(S_2) = (15000)/ | ||
| + | - <m 12>F_1 = P . S_1</ | ||
| + | <m 12>F_1 = 3 . 10^6 . 2,5 . 10^{-4} = 750 N</ | ||
| + | Une force modeste de <m 12>750 N</m> permet donc de soulever <m 12>15000 N</m>. | ||
| - | **Étape 4** : Ne pas oublier d' | + | ===== Résumé ===== |
| - | <hr> | + | * Un **fluide** est un corps déformable (liquide ou gaz). Les liquides sont **incompressibles** tandis que les gaz sont **compressibles**. |
| + | * La **force pressante** | ||
| + | * La **pression** est le rapport de la force par la surface : <m 12>P = (F)/ | ||
| + | * La **pression absolue** est la pression réelle. La **pression relative** est l' | ||
| + | * La **loi fondamentale de la statique des fluides** énonce que pour deux points <m 12> | ||
| + | * La pression augmente avec la **profondeur** et avec la **masse volumique** du fluide. | ||
| + | * Le **principe de Pascal** permet d' | ||
| + | * Les instruments : le **baromètre** (pression atmosphérique) et le **manomètre** (pression d'un fluide captif). | ||
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