Bouteille de découplage

onnées et le transfert de responsabilité effectué il est très difficile de faire< "bouger les choses"

La base de la mécanique des fluides

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Ce domaine a pour objet d'étude les fluides, c'est à dire les liquides et les gaz. Ces deux milieux ont la propriété d'être parfaitement déformables, et sont décrits par les mêmes lois.

Ce qui les différencie, c'est essentiellement que les liquides sont très peu compressibles, quand on appuie dessus, ils conservent leur volume.

Alors que les gaz peuvent se comprimer, la pression est d'ailleurs une notion centrale en mécanique des fluides, puisqu'elle traduit à quel point un fluide est susceptible d'appuyer sur un objet.

La mécanique des fluides est une discipline très ancienne, puisqu'on peut dater ses débuts de l'époque d'Archimède (2 siècles avant notre ère), en prenant son bain dit-on, il comprit que l'eau exerçait une poussée sur les corps qui y étaient plongés, il s'élança alors dans la rue en criant "J'ai trouvé" ("Eurêka" en grec).

La poussée d'Archimède permet de comprendre pourquoi les bateaux flottent, ou bien d'où vient le vent.

Cette poussée est liée au fait que la pression diminue avec l'altitude ou augmente avec la profondeur.

Il fallu attendre longtemps pour qu'on commence à s'intéresser au comportement des fluides en mouvement (seizième siècle).

La loi de Bernoulli permet de comprendre comment la vitesse influe sur la pression, et partant de là, pourquoi on lifte les balles au tennis ou pourquoi les avions volent.

La mécanique des fluides est toujours un sujet de recherche très actif, notamment parce que les écoulements de fluides présentent la grande majorité du temps un caractère très turbulent.

C'est la turbulence, évoquée pour la première fois par Léonard de Vinci.

La turbulence est un phénomène chaotique, et il est par là même extrêmement difficile à aborder et surtout à prévoir, d'où par exemple, la relative imprécision des bulletins météo.

La pression

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La pression est association d'une forte avec une surface donnée(unitaire), nous l'appellerons P.

En statique de la force F exercée au sol par un corps est égale à son poids.

Ex : P = F / S

force F = 8 kg, surface au sol S = 4 cm²

pression = 8 kg / 4 cm² = 2 kg par cm²

A l'inverse une pression P qui agit sur surface S communique une force F.

Ex : F = P x S

pression = 2 kg/cm², surface = 4 cm²

force = 2 kg/cm² x 4 cm² = 8 kg

Si vous pouviez observer un fluide, un gaz ou un liquide, de très près, vous verriez que les molécules qui le composent vont et viennent à leur guise, mais se heurtent en permanence les unes aux autres.

Cela représente des millions de chocs par seconde pour une molécule, elles se heurtent également aux parois du récipient qui les contient éventuellement ou à tout objet situé dans le fluide.

Tout objet en contact avec un fluide subit donc les chocs des molécules du fluide, même si en apparence le fluide est immobile, c'est juste que nos yeux sont très loin de pouvoir voir les molécules, trop petites et trop rapides.

Il subit donc une force, qu'on appelle la pression. C'est la force avec laquelle le fluide immobile en apparence appuie sur les objets avec lesquels il est en contact.

La pression que l'air exerce sur n'importe quel objet, nous compris, est énorme.

imaginez une cloche de verre posée sur un sol bien lisse, il vous ai, en temps normal, facile de la soulever, par contre si on fait le vide à l'intérieur, cela vous sera sans doute bien plus difficile.

En faisant le vide, on supprime en effet la pression que l'air exerce de l'intérieur de la cloche vers l'extérieur, il ne reste que la pression de l'extérieur vers l'intérieur, soulever une cloche de 10 centimètres de rayon équivaudrait à soulever un poids de plus de 300 kilos !

Cette pression est dû au poids de l'atmosphère au dessus de nous.

L'air c'est léger, mais quand il y en a des kilomètres, ça commence à faire lourd.

Le poids de l'air au dessus d'un carré d'un mètre sur un mètre est en gros de 10 tonnes.

Cette pression, bien que dû au poids au dessus de nous, s'exerce dans toutes les directions.

C'est le propre des fluides, si vous prenez un ballon et que vous appuyez dessus, il a tendance à s'élargir, parce qu'il transmet la pression que vous exercez dessus sur les côtés.

Ce n'est pas le cas avec un solide, si vous appuyez dessus, cela n'appuie pas plus sur les côté, mais seulement en dessous.

La pression atmosphérique explique pourquoi les ventouses collent, en appuyant sur une ventouse, vous chassez une partie de l'air qui se trouve en dessous.

Du coup, la pression sur la ventouse vous empêche de la décoller, c'est aussi, au passage, le principe de la colle usuelle (pas la superglu), les bulles d'air qu'elle renferme, une fois qu'on a bien appuyé, jouent le rôle de minuscules ventouses.

C'est enfin ce qui explique que les pots de confitures soient si difficiles à ouvrir quand ils sont neufs, on les a fermés avec de l'air très chaud au dessus.

En refroidissant, cet air s'est contracté, il n'exerce qu'une toute petite pression vers l'extérieur, du coup, la pression atmosphérique rend le pot très difficile à ouvrir.

Le truc consiste à essayer de soulever un peu le couvercle à l'aide d'un objet un peu pointu, pour faire entrer de l'air, ça rendra les choses beaucoup plus faciles.

La poussée d'Archimède

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Si vous avez déjà fait de la plongée, vous devez savoir que plus on descend profond dans l'eau, plus la pression augmente.

Comment le comprendre ? En imaginant que vous plongiez votre main dans l'eau, paume vers le haut.

Vous ressentez à ce moment là la pression, c'est à dire la force exercée par l'eau sur votre main.

Cette force, c'est le poids de l'eau qui se trouve au dessus de votre main, or, plus vous descendez profond, plus le poids de l'eau au dessus de vous est important, donc en fait, plus la pression est importante, voici pourquoi en descendant, la pression de l'eau augmente.

Bon, en fait, il n'est pas important que votre main soit effectivement tournée vers le haut. Les fluides transmettent la pression dans toutes les directions.

Vous auriez ressenti la même pression si vous aviez tourné votre main de tous les côtés, en restant à la même profondeur, ce qui compte, c'est seulement la profondeur, et donc combien d'eau il y a au dessus de vous.

Voyons maintenant ce qu'on appelle la poussée d'Archimède.

Si on plonge une sphère dans de l'eau, la pression de l'eau au bas de la sphère est plus grande que la pression en haut de la sphère d'après ce qu'on vient de voir.

En effet, le bas de la sphère est plus profond, donc là ou la pression est plus grande, donc l'eau appuie moins au dessus qu'au dessous.

Au final, la sphère ressent donc une force dirigée vers le haut, exercée par l'eau, cette force provient de la différence de pression entre le haut et le bas de la sphère, on l'appelle poussée d'Archimède.

Quelle est l'intensité de cette force ?

Il est important de comprendre si cette force est grande ou non.

Si cette force est plus grande que le poids d'un objet, l'objet est poussé vers le haut, et reste à la surface: il flotte, c'est le cas des morceaux de bois, en général.

Si cette force est plus petite