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Les FluidesUnité 2
2.1 - Écoulement des fluides
▪Les fluides:
▸Des substances qui s’écoulent▸Ex/ l’eau, l’air▸Les gaz et les liquides sont des fluides
▸La vitesse d’écoulement d’un fluide par unité de temps = débit
Les Structures
▪Les structures associées aux fluides en déplacement sont dynamiques.
▪ Il y a 2 types de structures:▸Aérodynamique▸Hydrodynamique
Aérodynamique▪ Comment l’air (gaz) autour des objets
solides se déplace.
▸Ex/ l’air qui passe autour d’un avion, une voiture etc...
Les zones rouges sont des zones de vacuum qui entrainent le remorque à l’arrière et le faire ralentir
Hydrodynamique
▪Comment se déplace des liquides autour des objets solides.
▸Ex/ l’eau
Écoulement trompeur des solides
▪Attention : il existe des substances qui semble s’écouler mais ils ne sont pas des fluides▸Ex/ la farine, le sable, le sel et le blé
▪Ces objets peuvent former une pile (un petit montagne), on ne peut pas faire la même chose avec les fluides.
▪Les fluides remplissent le récipient qui les contient et prennent la forme du contenant sans aide
L’écoulement expliqué par la théorie atomique
▪un modèle qui aide à expliquer les différences qui existent entre les fluides et les solides.
La théorie atomique
▪1. La matière est composée de particules▪2. Les particules sont toujours en
mouvement▪3. Les particules émettent une force
d’attraction les unes sur les autres
Théorie atomiqueLes solides
▪ Si les particules sont proches ensemble et se déplacent lentement - la force d’attraction est supérieure▸Ex/ les particules d’une solide sont si proches
les unes des autres qu’elles ne peuvent pas bouger. = grande force d’attraction
Théorie atomiqueLes liquides
▪Les particules des liquides sont plus actives
▪= petite force d’attraction ▪= plus de mouvement de particules▪= l’écoulement des liquides
Théorie atomiqueLes gaz
▪Les particules de gaz sont si loin les unes des autres que il n’y a pas une grande force d’attraction
▪= déplacent sans trop de contraintes.▪= l’écoulement de gaz se passe
facilement
http://www.middleschoolchemistry.com/multimedia/chapter1/lesson5
2.3 - Une propriété des fluides La viscosité
▪La viscosité: le terme qui désigne la résistance d’un fluide à l’écoulement et au mouvement.
▪La théorie atomique explique que cette résistance est à cause de la force d’attraction entre les particules.
▪La résistance à l’écoulement s’augmente avec la force d’attraction
▪les différentes particules forment des diverses substances - la force d’attraction varie dans chaque substance.
▪Ceci est la raison pour laquelle la viscosité diffère selon les fluides.
▪Le ketchup est épais et sa viscosité est élevée.
▪Le sirop d’érable est moins visqueux que le ketchup et ça possède un viscosité moins élevée.
▪L’eau est une liquide clair à faible viscosité.
▪Si les fluides sont immobiles (ne bougent pas), la viscosité ne joue pas une rôle
Mesurer la viscosité
▪On parle de si l’écoulement d’un fluide est rapide ou lent.
▪On utilise les termes épais et peu épais pour parler de la viscosité (mesure qualitative)
▪parfois, ces mesures ne sont pas assez précises, et nous avons besoin de mesures quantitatives. (numéros)
Les méthodes quantitatives à calculer la viscosité
1.calculer combien de temps ça prend un solide, par exemple une bille, à traverser une liquide dans un tube.
2.calculer le temps d’écoulement d’un liquide, à certaines températures, dans un petit récipient
▪L’instrument qui sert à mesurer la viscosité des fluides = un viscosimètre
2.6 - Unités de mesure de la matière
masse et poids▪la masse et le poids d’un objet sont
différentes▪la masse: ▸la quantité de matière▸ne change pas! (la même sur la lune et la terre!)▪la masse se mesure en;▸grammes (g)▸milligrammes (mg)▸kilogrammes(kg)
▪le poids:▸la mesure de la pesanteur sur les corps matériels
(c’est différent sur la Terre que sur la lune)▸L’attraction entre un objet et la planète dépend sur
la taille de l’objet▪le poids est représenté en :▸newtons(N)- en l’honneur de Sir Isaac Newton
volume▪la matière occupe de l’espace.▪le volume: la mesure de la quantité
d’espace que la matière remplit.▪le volume est mesuré en:▸mètres cubes (m3)▸litres (L)▸centimètres cubes (cm3)▸millilitres (ml)
la capacité est la quantité d’espace qui est disponible à l’intérieur de quelque chose.
▪Il y a plusieurs façons de mesurer les différentes catégories et quantités de matière.
1. On mesure un liquide en observant la quantité de ce liquide dans un récipient.ex/ un cylindre gradué - donne la plus
haute précision
2. On mesure les solides rectangulaires avec un règle.la formule: volume = longueur x largeur x hauteur
3. Mesurer le volume des solides - asymétriques de petite taille
▪déplacement; c’est comment on mesure le volume d’un solide asymétrique▸on utilise un cylindre gradué▸on place de l’eau dans le cylindre▸on note le volume▸on place un objet dedans▸on note le volume encorela formule ; volume de l’objet = ▸(volume de l’eau + l’objet) - (volume de l’eau)
4. Mesurer le volume des solides - asymétriques de grande taille
▪on mesure le volume d’une solide asymétrique de grande taille avec un bécher à bec verseur (un trop plein) et d’un cylindre gradué
2.10Comparaison de masses volumiques (densités)
▪Chaque substance pure possède sa propre densité
▪Les solides sont plus denses que des liquides
▪Les liquides sont plus denses que le gaz
▪Ceci est tout à cause de la théorie atomique et ces propriétés
Rappel - la théorie atomique
▪Les solides: peu d’espace entre les particules → plus dense
▪Les liquides: un peu plus d’espace pour se déplacer → moins dense que les solides
▪Les gaz - beaucoup d’espace entre les particules → le moins dense
▪La densité d’une substance est mesuré dans son état naturel à température ambiante.
▪Il y a toujours des exceptions aux règles. On va étudier 2.......
Les exceptions▪1. Le mercure - un
métal qui est liquide à la température ambiante, mais sa densité est plus élevée que d’autres solides
▪2. L’eau - l’eau est la plus dense au températures proches à 3 ou 4 ˚C. La glace (forme solide) a une densité plus faible
Utilisation de l’eau pure standard▪L’eau est la ressource la plus
abondante sur la Terre▪Nous utilisons la densité de l’eau pure
pour nous aider à déterminer la densité de tous les autres fluides et solides.
▪La densité de l’eau = 1g/cm3
▪On compare les densités des substances à la densité de l’eau pour savoir quelles sont les substances qui flotteront sur l’eau
▪Les substances avec une densité moins que 1g/cm3 flotteront sur l’eau
Les IcebergsQuelle proportion d’un iceberg est immergée?
▪Tu peux calculer la proportion d’un iceberg qui est immergée en faisant un comparaison entre la densité de la glace est celle de l’eau salée– densité de la glace X 100 = 0.92 = 89%– Densité de l’eau salée 1.03
–Ceci veut dire qu’il y a 89% de l’iceberg qui se trouve sous l’eau!!!
Les dirigeablesLe Hindenburg
▪Le plus grand dirigeable de son époque!
▪Son enveloppe était remplie d’hydrogène
▪Avantage d’utiliser hydrogène : moins dense que l’hélium
▪Désavantage: très inflammable
▪Le désastre!
2.11 – Poussée
Pourquoi l’eau se déplace quand tu plonges dedans?
….parce que l’eau a besoin de bouger pour faire de la place pour ton corps!
Le fluide exerce une pression sur toute la surface de l’objet.
La partie ascenionnelle (↑) de la force des fluides = la poussée
La poussée est influencé par la pesanteur de l’objet
Le principe d’Archimède
Un roi a demandé à Archimède de déterminer si sa nouvelle couronne a été faite avec de l’or pur ou si le jouailler l’a trahi.
Archimède a pris un cube d’or et la couronneLe poids de la couronne et l’or étaient égalesArchimède a mesuré le volume en les mettant
dans des contenants et en mesurant le volume d’eau déplacée
La couronne a déplacé plus d’eau que l’orAlors, Archimède a su que la densité de la
couronne était plus faible que celle de l’orC’est-à-dire, la couronne n’était pas fait en or pur! Et le roi a été fâché…
2.12 Comment et pourquoi les objets flottent-ils?
les objets où la densité est inférieure à la densité de l’eau flotteront.
Si la poussée sur un objet immergé est supérieure au poids qui l’attire vers le bas → l’objet flottera = poussé positive
Si la poussée sur un objet immergé est inférieure au poids qui l’attire vers le bas → l’objet s’enfoncera = poussée négative
De l’autre côté , si les deux forces sont la même = l’objet restera stationnaire = poussée nulle
Vidéo
Figure 3 Page 111 – déssin-le
Un thermomètre de Galileo
Poussée dans l’air
Une poussée agit sur les objets plongés dans un gaz de la même façon que sur les objets immergés dans un liquide.
Mais….il y a une grande différence entre les densités des gaz et celle des liquides.
L’air est 800 fois moins dense que l’eau!
Niveaux de flottaison sûrs
Les lignes de chargement d’un bateau = les marques de Plimsoll
Ces lignes ou chiffres indiquent le niveau de flottaison qui ne va pas compromir la sécurité du bateau quand c’est plein
Figure 4 Page 111 – le bateau
Comment la température s’influence-t-elle sur la viscosité et la masse volumique?
↑ température = ↑ énergieAvec plus d’énergie, les particules bougent plus
vite et plus loinLa force d’attraction entre eux devient plus petiteCeci dit: les particules sont plus loin les uns des autres =
moins de particules dans la même espace = moins de masse
la force d’attraction est affaiblis = les particules peuvent bouger plus loin = ils ont plus tendance à s’écouler
En court, quand la température est élevée, la viscosité et la densité sont réduites
Les fluides pèsent moins pour le même volume et coulent plus facilement