Chapitre 5 : Transmission de pression

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1 Chapitre 5 : Transmission de pression 1. Introduction Expérience n 1 Un sachet en plastique percé de petits trous et rempli d eau. Exercer une pression sur ce liquide. Observation(s) Il y a des jets d eau par chaque petit trou. La pression se transmet dans tous les sens dans le liquide. Schéma : Expérience n 2 Deux seringues de diamètre différent sont reliées l une à l autre par un tube. La seringue au plus grand diamètre et le tube contiennent de l eau colorée. -Nous allons exercer une pression sur le piston de la grande seringue. -Nous allons exercer une pression sur le piston de la petite seringue Observation(s) Il y a une baisse de niveau du liquide dans la grande seringue et une augmentation de liquide dans la petite seringue. La force exercée sur le grand piston est plus grande que celle sur le petit piston La pression se transmet dans tous les sens dans le liquide. Schéma 1

2 Expérience n 3 Nous utiliserons dans cette expérience une bouteille remplie d eau avec deux ou trois ouvertures. Nous installerons sur chaque ouverture un bouchon en liège et ensuite nous donnerons un cou de marteau sur un bouchon. Observation(s) Lorsque l on exerce une force sur un bouchon à l aide d un marteau, l autre bouchon jaillit de son orifice. La pression se transmet dans tous les sens dans le liquide. 2. Cette pression est-elle transmise INTERGRALEMENT (c.-à-d. sans perte?) 2

3 Expérimentation Versons de l eau dans le système de vases communicants. Ajoutons dans la branche 1 du whitespirit (liquide non miscible à l eau). Ajoutons du white-spirit dans la branche 2 pour rétablir la situation initiale. Observation Les surfaces libres du liquide sont situées dans un même plan horizontal. Le niveau d eau diminue en 1 et monte en 2. Les surfaces dans l eau ne sont plus situées dans un même plan horizontal. Lorsque l on ajoute du white-spirit en 2, les surfaces dans le liquide sont dans le même plan horizontal. Conclusion Le white-spirit exerce une pression sur l eau, il joue le rôle de piston et repousse l eau. Rappel : p 1 =p 2 La pression exercée est transmise intégralement dans le liquide. 3. Principe de Pascal Un liquide transmet intégralement et dans tous les sens toute augmentation de pression qu il subit. 4. Comment les forces pressantes ont-elles été transmises? L expérience précédente montre que p 1 =p 2 Or En remplaçant les deux pressions par leur valeur, nous pouvons écrire : Où F 1 et F 2 sont les poids des colonnes De white-spirit et S 1 et S 2 les aires des Surfaces de contact. Interprétation : Lorsque l on exerce une petite force sur une petite surface, on obtient une grande force sur une grande surface. 3

4 5. Application a) La presse hydraulique Description. Fonctionnement : La force F A provoque l enfoncement du piston A qui augmente la pression exercée dans le cylindre A. Cette variation de pression est transmise par l intermédiaire du liquide au cylindre B ce qui produit la montée du piston B et l écrasement de l objet. Lors de cette opération, la soupape A est fermée et la soupape B est ouverte. Quand on remonte le petit piston, la soupape B se ferme, tandis que la soupape A s ouvre. Le liquide du réservoir monte dans le petit cylindre. Lorsque le piston B a atteint un niveau suffisant, on le fait redescendre en ouvrant la vanne qui permet le retour de l huile dans le réservoir. La presse est de nouveau fonctionnelle. Notons que le petit piston est généralement actionné par un levier. Cette opération doit être menée plusieurs fois car le volume du cylindre A est plus petit que celui du cylindre B. b) Démonstration mathématique Déterminons la force qui soulève le grand piston. SA : surface du piston A en contact avec l huile. SB : surface du piston B en contact avec l huile. Etant donné le principe de Pascal, on peut affirmer que : 4

5 Cela signifie que la force qui soulève le grand piston est toujours plus grande que celle exercée sur le petit piston. Par exemple, si la surface du grand piston est 400 fois plus grande que celle du petit piston alors la force subie par le grand piston sera 400 fois plus grande. c) Autre exemple d application Le frein hydraulique. A l aide de recherche documentaire, expliquez et schématisez le fonctionnement du frein hydraulique. Freins à tambours Le piston du grand cylindre C1 est actionné par la pédale de frein, la pression est transmise par l intermédiaire d un liquide spécial aux aux pistons des petits cylindre de chaque roue, solidaire des mâchoires M. Freins à disques Lors du freinage, le disque, solidaire à l axe des roues, est serré entre les mâchoires M. Sue l une des faces du disque, la force pressante est exercée par un piston mobile P, tandis que sur l autre face, elle est obtenue par le déplacement de la boîte de l étrier E. 5

6 6. Exercices numériques a) Le petit piston d une presse hydraulique a une surface de 10cm 2. Il subit une force de 20N. Calculez la force développée par le grand piston, si celui-ci possède une surface de 3500cm 2. b) Pour obtenir une force de N développée par le grand piston d une presse, déterminez la force exercée sur le petit piston sachant que le rapport des surfaces des pistons vaut 300. c) Les étriers de freinage des freins à disque d une voiture doivent être comprimés avec une force de N. La pression dans le circuit de freinage atteint 200bars. Déterminez la surface que doivent avoir les pistons actionnant les étriers de freinage. d) Voici le schéma d un presse hydraulique. La force en F 1 est de 100N, la surface en S 1 vaut 10 dm 2 et la surface en S 2 vaut 1m 2. Que vaut la pression en B? 6