COURS DE SCIENCES PHYSIQUES Classe de 2 nd GT

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1 NOM et Prénom de l élève : COURS DE SCIENCES PHYSIQUES Classe de 2 nd GT ACTIVITÉS 9 PRESSION FORCES PRESSANTES 10 COMPORTEMENT DES GAZ 11 PRESSION DANS UN LIQUIDE 1

2 Activité 9 OBJECTIFS Etre capable de calculer une pression. Utiliser les bonnes unités 1- Force et presssion 1-1 La force pressante Un gaz exerce une action mécanique sur toute paroi avec laquelle il est en contact. Cette action mécanique est modélisée par une force pressante, orthogonal à la paroi et dont le sens va du gaz vers la paroi. 1-2 La pression Xavier se trouve à la neige. Observer les deux situations. Que pouvez vous dire : 2- Relation entre la pression et la force pressante La pression P due a une force pressante de valeur F perpendiculaire à la surface de contact S est donnée par : symbole P F S Grandeur Pression Force pressante Surface Unités internationales Pascal (Pa) Newton (N) Mètre-carré (m 2 ) 2

3 3- Applications Exercice n 1 : Déterminer la pression exercée sur la neige par un homme de 70 kg a) en chaussures de marche (surface de chaque semelle : 220 cm 2 ). b) sur des skis de surface totale de 35 dm 2. Exercice n 2 La pression de l air contenu dans un ballon de football est :. Quelle est la valeur de la force pressante exercée par l air contenu dans le ballon sur une petite surface d aire de son enveloppe. 4- Mesure de pression et unités divers 1 Pa est la pression exercée par une force de 1 N sur une surface de 1 m 2. Le bar : 1 bar est la pression exercée par une force de 1 dan (Masse de 1 kg) sur une surface de 1 cm 2. 1 bar = 10 5 Pa. En hydraulique on représente le bar par une colonne d eau de 10 m sur une surface de 1 cm 2. L atmosphère : 1 atm = 1, Pa (Valeur de la pression atmosphérique normale). L unité PSI : c est une unité anglo-saxon. c est notamment l unité standard dans l industrie aéronautique américaine. Elle est aussi couramment utilisée pour mesurer la résistance (contrainte de rupture) d'une pierre, en particulier dans l'utilisation des pierres ornementales comme le granite ou le marbre, ou encore celle des bétons. 1 PSI = 6894,76 Pa = 0,069 bar= 0,068 Atm 3

4 5- La pression atmosphérique C est la pression de l air. Elle dépend de nombreux phénomènes : altitude, météo. Au sol, sa valeur est d environ 1 bar soit hpa. 1 bar = mbar On la mesure avec un baromètre. 4

5 Activité 10 OBJECTIFS Etudier l aspect microscopique d un gaz. Appliquer la loi de Boyle-Mariotte. 1- Modèle microscopique d un gaz Les molécules d un gaz sont espacées les unes des autre et il n y a pas de matière entre elles. Les molécules ont un mouvement incessant et désordonnée. Les molécules se déplacent en ligne droite à grande vitesse tant qu elles ne rencontrent pas d obstacle. Elle change de direction après un choc avec les parois d un récipient ou après une autre molécule. 5

6 2- Loi de Boyle Mariotte 2-1 Pression et volume Lorsque l on ferme lentement le piston, comment varie la pression dans la seringue? Que pouvez-vous dire de la quantité de matière présente dans la seringue? 2-2 Loi de Boyle Mariotte A température constante et pour une quantité de gaz donnée, le produit de la pression P par le volume V du gaz est constant. Remarque : Cette loi n est valable pour des faibles pressions. 2-3 Application Une seringue contient un volume d air à la pression. Calculer la pression de l air emprisonné lorsque le volume devient. La température reste constante. 3- Solubilité d un gaz dans un liquide A température constante, la quantité maximale d un gaz dissous dans un volume donné de liquide augmente quand la pression de ce gaz sur ce liquide augmente. Ex : Lorsque l on ouvre une bouteille d eau gazeuse, des bulles de gaz se forment. La pression diminuant le gaz dissous s en échappe. 6

7 Activité 11 OBJECTIFS Appliquer le principe de l hydrostatique. (Pascal) Comprendre comment varie la pression en fonction de la profondeur. 1- Pression exercée par un liquide La pression dans un liquide est due aux chocs des molécules sur les parois 1-1 L expérience de la bouteille trouée et remplie d eau La pression s exerce perpendiculairement aux parois. La pression augmente avec la profondeur. 1-2 Pression en un point d un liquide Un élément de surface plongé dans un fluide, subit de la part de ce liquide une force perpendiculaire à la surface, indépendante de son orientation. Elle dépend aussi de la profondeur. 2- Pression dans un liquide au repos Entre deux point A et B d un liquide, la différence de pression est donnée par : Symbole P h A et h B g Masse volumique Intensité de Grandeur Pression Hauteur du fluide la pesanteur Unités Pascal Mètre Kg/m 3 g = 10 N/kg internationales (Pa) (m) (constante) Application : Calculer la pression que subit un plongeur à une profondeur de 30 m, si la pression atmosphérique est égale à 10 5 Pa. Masse volumique de l eau de mer : = 1024 kg/m 3. 7

8 3- Application du principe de Pascal : le baromètre Un baromètre n'est rien d'autre qu'un tube en U, dont l'une de ses deux ouvertures est fermée. La figure ci-dessous visualise la situation En appliquant le principe de l hydrostatique cela revient à écrire que : La pression à la surface dans le vide vaut : 0 On peut, grâce à ce procédé, mesurer la pression atmosphérique. Il suffit de mesurer la hauteur d'une colonne d'un liquide de masse volumique connu 4- Sport : la plongée Le volume de l air contenu dans un organe creux (oreilles, poumons ) varie en fonction de la pression selon la loi de Mariotte. Lorsqu un plongeur descend les pressions du dioxygène et du diazote de l air inspiré augmente. Ces gaz se dissout davantage dans le sang. Quand la remontée se fait lentement, en respectant les paliers de décompression, la pression des gaz dans les poumons diminue lentement, donc les gaz peuvent être alors libérés progressivement. Quand la remontée est trop rapide, les gaz dissous passent à l état gazeux et n ont pas le temps d être éliminé par les poumons. Il se forme des bulles de gaz dans les vaisseaux sanguins provoquant des accidents graves. 8

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