Sous pression fiche guide
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- Clémence Gauvin
- il y a 8 ans
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1 Sous pression fiche guide Notions abordées Physique Mathématiques - Pression dans les liquides - Équilibre des forces - Résoudre des équations - Établir un graphique - Étude d une fonction linéaire concrète - Étude d une fonction quadratique concrète Même si la pression ne fait plus partie des sujets explicites du plan d étude, cette fiche peut être un bon support pour appliquer une démarche scientifique pour découvrir un nouveau sujet. Il permet également d étudier un phénomène naturel par le biais des fonctions. Objectifs d apprentissage du PER MSN MSN MEP 31 MSN 35 MEP MSN 35 Résoudre des problèmes numériques et algébriques. Fonctions : - Représentation d une relation où interviennent deux grandeurs variables par une représentation graphique. - Passage de la représentation graphique à l expression fonctionnelle. Mobiliser la mesure pour comparer des grandeurs. Calculs de grandeurs : - Calcul d une grandeur manquante à partir de celles qui sont connues. Modéliser des situations mobilisant des notions, des raisonnements, des démarches propres aux Mathématiques et à la Physique. Modéliser des situations, poser et résoudre des problèmes mobilisant des notions, des concepts, des raisonnements propres à la Physique. Disciplines et options concernées Sciences : 11 e OS MEP : 10 e et 11 e OCOM technologies : 11 e Durée l activité L introduction théorique et les exercices nécessitent une ou deux périodes selon l aisance des élèves. L activité pratique nécessite une double période pour le montage, l étalonnage de l appareil, la réalisation et l étude du graphique. Sous pression fiche guide 1/5
2 Indications et solutions Réponses au Quizz Ce quizz permet de vérifier que les élèves ont compris que la pression augmente avec la. A) Lorsque le sous-marin est en plongée, s il est mal conçu, il risque d imploser. B) La vitre du hublot doit être fixée sur la face extérieure du sous-marin. C) La pression qui règne à l extérieur du sous-marin en plongée est supérieure à la pression intérieure. Bricotest Le bricotest permet aux élèves de vérifier que la pression augmente avec la. Idées de prolongement : Pratiquer deux trous à la même hauteur pour observer l incidence de l ouverture sur la trajectoire du jet. Relever la trajectoire du jet (en mouillant rapidement une feuille) et déterminer la fonction de la trajectoire (parabole). Elle est du type ax 2 + bx. Déterminer les paramètres a et b. Paradoxes... Qu en penser? C est l occasion de discuter avec les élèves de la pression. Dans les deux cas, la clé du problème est la même : 1 er cas, les cachalots ouvrent la bouche. 2 ème cas, l eau pénètre à l intérieur de l enveloppe extérieure du sous-marin. Cela implique qu il n y pas une grande différence de pression entre l eau et leur «intérieur», ce qui n est pas le cas de l intérieur du cockpit qui est à la pression osphérique. De plus, la cage thoracique est flexible pour s adapter au changement de volume des poumons, dû à l augmentation de pression énorme lors de la plongée. Le taux très élevé de globules rouges du cachalot permet de fixer un maximum d oxygène pour ses apnées qui peuvent durer jusqu à 1h30! 2/5 Sous pression fiche guide
3 des (avec g = 10![N/kg]) des Un solutions problème! des solutions! (avec g = 10 [N/kg]) ]) au ρ eau mer mer Un problème... des solutions! A) (avec g = 10 [N/kg]) P = ρ eau mer g h => = [Pa] => [kpa] A) g g h A) h => => = = [Pa] [Pa] => => [kpa] P = ρ [kpa] eau mer g h => = [Pa] => [kpa] B) P mer = P lac B) B) P mer P mer = = P lac P lac ρ eau mer g h mer ρ lac : g P mer = P lac ρ eau ρ eau mer mer g g h mer h mer = Dans = ρ lac ρ mer g lac h: lac 1026 : : g g mer : 1026 ρ eau mer g h mer = ρ lac : g Dans la mer : 1026 h mer = : 1026 Dans la mer : 1026 h mer = : 1026 mer 301, 2 [m] h Dans mer h mer 301, la 301, 2 mer [m] : 1026 h mer = : [m] 301, 2 [m] h mer C) 5 P = P * C) C) 5 5 P P = P * = P * 5 P + ρ lac P = P * 5 5 P P = = P P + + ρ lac ρ lac g g h lac h4 lac P P P h lac : P = P + ρ 4 P h eau lac lac g h : 10 4 lac P 4 P = 1000 = h lac h lac : : => 40 [m] 4 P h eau lac = : 10 4 = h lac : h eau lac = : 10=> 4 => [m] [m] h * Il ne faut pas oublier eau lac = : 10 4 => 40 [m] d additionner P à la pression exercée par l eau. * Il * ne Il ne faut faut pas * Il pas oublier ne oublier faut pas d additionner oublier P d additionner P à la à pression la pression Pexercée par par l eau. à la pression l eau. de l eau. * Il ne faut pas oublier d additionner P à la pression exercée par l eau. P = ρ eau mer g h => = [Pa] = ρ eau ρ eau mer mer g g h h => => F poids 9000 = = P = 92 S P 000 [Pa] π r 2 [Pa] P = ρ = π 0,1 2 eau mer g h => = [Pa] > [N ] = poids poids = = P P S S => => P P π m π r 2 r = 2 = / g => 000 π 0,1 2 > [N ] π 0,1 /10 2 > = [kg] [N ] F = poids = P S => P π r 2 = π > 0, > tonnes [N ] = poids poids / g / g => => /10 /10 = 290 = [kg] > > tonnes tonnes m = poids / g => /10 = [kg] > 290 tonnes Il faudrait poser une masse de 290 tonnes environ sur le hublot soit : Il faudrait poser une masse de 290 tonnes environ sur le hublot soit plus de 7 camions chargés (des plus gros modèles de camion) qu on a en Suisse udrait poser poser une une masse masse de -plus de de tonnes tonnes 7 camions environ chargés sur sur le le (des hublot hublot plus soit soit gros modèles de camion -plus -plus de de 7 7 Il Environ faudrait camions chargés qu on poser (des éléphants une a (des en plus Suisse) d Afrique masse de 290 plus gros gros (masse tonnes modèles de de d un environ éléphant sur d Afrique le hublot environ soit 6 tonnes) -plus de 7 camions chargés (des plus camion gros modèles de camion qu on qu on a en a en Suisse) Suisse) On comprend -environ que la vitre éléphants doive être extraordinairement d Afrique (masse solide d un! qu on a en Suisse) éléphant -environ éléphants d Afrique environ (masse (masse 6 tonnes) d un d un -environ éléphants d Afrique éléphant (masse d un éléphant d Afrique environ 6 6 tonnes) On comprend d Afrique environ que la 6 vitre tonnes) doit être extraordinairement solide! comprend que que la la vitre vitre doit doit être être extraordinairement solide solide! On comprend que la vitre doit être extraordinairement! solide! Sous Pression - Fiche Guide 3/5 ous Pression - Fiche Guide 3/5 3/5 3/5 Sous pression fiche guide 3/5
4 Expérience de physique: Fabriquer son appareil pour mesurer la pression Un appareil qui permet de mesurer la pression s appelle un manomètre. Un baromètre est le terme qu on utilise pour les appareils qui mesurent la pression osphérique. Expérience de physique Fabriquer son appareil pour mesurer la pression Un appareil qui permet de mesurer la pression s appelle un manomètre. Un baromètre est le terme qu on utilise pour les appareils Matériel qui et mesurent montage la pression : osphérique. (voir fiche de l élève) Découverte du fonctionnement de l appareil : Tremper l entonnoir dans le liquide. A) On constate que le niveau de l eau dans la branche du tube relié à l entonnoir s abaisse. B) L orientation de l entonnoir ne modifie pas la pression. Celle-ci ne dépend que de la à laquelle l entonnoir est immergé. Matériel et montage (voir fiche de l élève) Découverte du fonctionnement de l appareil : Tremper l entonnoir dans le liquide. Lien avec la vidéo de l expérience sur le site A) On constate que le niveau de l eau dans la branche du tube relié à l entonnoir s abaisse. B) L orientation de l entonnoir ne modifie pas la pression. Celle-ci ne dépend que de la à laquelle l entonnoir est immergé. C) Plus on enfonce l entonnoir, plus la pression augmente et plus le niveau de l eau dans le tube diminue (côté entonnoir). Moins la densité du liquide est importante, moins l'effet est marqué. La pression est donc liée à la masse volumique du liquide étudié. E) Plus la densité du liquide est importante, plus l effet est marqué. C) Plus on enfonce l entonnoir, plus la pression augmente et plus le niveau de l eau dans le tube diminue (côté entonnoir). Moins la densité du liquide est importante, moins l effet est marqué. La pression est donc liée à la masse volumique du liquide étudié. E) Plus la densité du liquide est importante, plus l effet est marqué. Etalonnage de l appareil : Profondeur d immersion de l entonnoir (cm) Variation de niveau de l eau dans le tube (mm) Profondeur d'immersion de l'entonnoir [cm] Variation du niveau de l eau dans le tube en fonction de la de l entonnoir Variation de niveau de l'eau dans le tube [mm] Sous Pression - Fiche Guide 4/5 4/5 Sous pression fiche guide
5 c, le niveau d eau dans la branche Or, ici il du y a tube un facteur en U descendrait : mm / 320 d une mm = longueur ~ 0,16. uivalente à la à laquelle Cela implique on enfonce que l entonnoir. la pression des deux côtés de la membrane du ballon n est, ici il y a un facteur : mm / 320 même. mm = Une ~ 0,16. force résulte de cette différence de pression. Pourtant la membra Ce phénomène est linéaire. la implique que la pression des à deux l équilibre. côtés de En la effet, membrane cette force du ballon est compensée n est pas la par la force due à l élasticité ême. Une force Si la membrane résulte de de cette caoutchouc membrane. différence n opposait de pression. pas de Pourtant résistance la à membrane la pression de est l eau du bac, le niveau l équilibre. d eau En effet, dans cette la branche force du est tube compensée U descendrait par la d une force longueur due à équivalente l élasticité à de la la à laquelle on enfonce l entonnoir. Or, ici il y a un facteur : embrane. Sur mm cet / 320 appareil mm = ~ avec 0,16. de l eau dans le tube en Cela implique que la pression des deux côtés U, de voici la membrane la fonction du qui ballon indique n est pas la pression la même. Une force résulte Sur de cette appareil différence avec de pression. de l eau Pourtant dans mesurée le la tube membrane : en est à l équilibre. En effet, cette force est compensée par la force due à l élasticité de la membrane. U, voici la fonction qui indique la pression Sur cet mesurée appareil avec : de l eau dans le tube en U, voici la fonction qui indique la pression mesurée : Pression due au liquide en [Pa] : Pression due au liquide en [Pa] : ρ eau g 0, , 81 0, 32 g = 9,81 [N/kg] pour x plus = de précision x > 62, 8x avec x la variation de niveau de l eau dans le tube en U en millimètres. g = 9,81 [N/kg] pour plus de précision g = 9,81 [N/kg] pour plus de précision avec x la variation de niveau de l eau dans le tube en U en millimètres. ρ eau g 0, , 81 0, 32 x = x > 62, 8x avec x la variation de niveau de l eau dans le tube en U en millimètres. Sous Pression - Fiche Guide - Fiche Guide 5/5 Sous pression fiche guide 5/5
Les moments de force. Ci-contre, un schéma du submersible MIR où l on voit les bras articulés pour la récolte d échantillons [ 1 ]
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