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 atomique

Les liquides▪Les particules des liquides sont plus

actives ▪= petite force d’attraction ▪= plus de mouvement de particules▪= l’écoulement des liquides

Théorie atomique

Les 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 encore

la 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