La pression. 1. Trois personnes qui ont le même poids, marchent sur une couche de neige fraîchement tombée

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1 Unité 3 LA PREION Un corps peut se déformer s il est soumis à une force pressante, c est-à-dire, une action de contact répartie sur sa surface. Ainsi, si on fixe une affiche sur un mur à l aide d une punaise, on provoque l apparition d un trou dans le mur et l enfoncement de la punaise. 1. Trois personnes qui ont le même poids, marchent sur une couche de neige fraîchement tombée - La première marche en bottes. - La deuxième marche en bottes et équipée d un sac à dos. - La troisième marche à skis. a) Dessinez les forces qu exercent ces personnes sur la couche de neige b) Quelle est la personne qui s enfonce le plus? c) Quelle est la personne qui s enfonce le moins? d) La déformation subie par la couche de neige dépend donc : - de - de 2. Complétez : Pour une même force pressante, on augmente la pression en la surface pressée. Pour une même surface pressée, on augmente la pression en la force pressante. 1

2 3. Choisissez, parmi les expressions suivantes, une équation pour définir la pression : P = F ; P = / F ;P = F / i une force pressante F r appuie perpendiculairement sur une surface plane, la pression P due à cette force est le quotient de l intensité de la force, F, par l aire de la surface : P = F 1N L unité de pression dans le.i. est le pascal (symbole : Pa), 1 Pa = 2 1 m On utilise couramment le bar, 1 bar = Pa = 10 5 Pa, ou le sous multiple mbar, 1 mbar = 10 3 bar 4. On exerce une force d intensité 60 N sur la tête d une punaise que l on enfonce dans un mur. Calculez la pression exercée sur la tête de surface 0 5 cm Quel est le poids d une personne de 70 kg? Quelle est la pression exercée par une personne de 70 kg, munie : a) de chaussures (surface des semelles = 10 dm 2 ) b) de chaussures et d un sac à dos de 15 kg. c) de skis (surface des skis = 50 dm 2 ) 6. Quelle est la pression exercée par une abeille quand elle nous pique? Le dard de l abeille exerce une force d environ 10 4N. Le dard de l abeille présente une surface de l ordre de cm Complétez : Dans un tube de télévision Dans un pneu de voiture Dans une bouteille d air comprimé Dans l eau à 600 m de profondeur P (bar) P (Pa) Mettre en ordre les groupes de mots pour trouver une phrase est une grandeur physique qui correspond à divisée par La pression est la surface perpendiculaire à la force l'intensité d'une force sur laquelle elle s'applique 2

3 9. Une paroi plane d aire = 800 cm 2 sépare deux gaz à des pressions différentes, p 1 = 10 5 Pa et p 2 = Pa Dioxygène Dioxyde de Carbone pression : p 1 pression : p 2 paroi - Donner l expression littérale de la force exercée par chaque gaz sur la paroi. - Calculer la valeur de chacune des forces. - Représenter ces forces en échelle linéaire. 10. Dans certains laboratoires de recherche, l air intérieur est en surpression par rapport à l air extérieur, pour limiter l entrée de poussières. La différence de pression est de 100 hpa. - Calculer la force résultante qui s exerce sur une porte de laboratoire de dimension 1 90 m x 0 95 m. - Représenter cette force résultante sur un schéma (indiquer l extérieur et l intérieur). - Calculer la masse d un solide de poids égal à la valeur de cette force. La pression exercée par les liquides Nos avons un tube en U avec une membrane élastique. i le tube est placé dans l atmosphère la membrane n est pas tendue. i nous plaçons l extrémité du tube avec membrane dans un liquide, la membrane est tendue comme il est indiqué sur la figure. Ceci montre la pression qu exerce le liquide sur la membrane. 3

4 La déformation de la membrane augmente de manière significative avec la profondeur. La forme de la membrane est indépendante de l orientation de la membrane autour d un même point. 11. Complétez les conclusions avec les mots suivants : vectorielle, profondeur, scalaire, pression, direction - Les liquides exercent une. - La pression exercée par les liquides augmente avec la dans le liquide. - La pression ne dépend pas de la. La pression n est pas une grandeur comme la force, la pression est une grandeur. Dans un liquide, la pression exercée sur un point représente le poids de la colonne de liquide sur une surface qui se trouve à la même profondeur, h, que le point. A h P P A A Poids = = d liquide liquide h g = m liquide g d = liquide V colonne g d l h = colonne g Unités de mesure : Pression, P : Pa Masse volumique ou densité, d : Kg/m 3 Profondeur, h : m Intensité de la pesanteur, g : N/Kg 12. Un plongeur emporte avec lui une bouteille en plastique fermée et remplie d air à pression atmosphérique. Les dessins représentent la forme de la bouteille au fur et à mesure de sa descente. Masse volumique de l eau de mer (densité) = 1030 kg/m 3 4

5 0 m 10 m 20 m a) Quelle est la cause de la déformation de la bouteille? b) Quelle pression subit le plongeur lorsqu il est sur le bord de l eau, à 10 m sous l eau et à 20 m sous l eau? La pression atmosphérique Quand vous nagez sous l eau, vous sentez que la pression sur votre corps augmente avec la profondeur. L air lui aussi crée une pression, mais vous ne le sentez pas. La pression de l atmosphère est même très forte, et vous écraseriait si les fluides à l intérieur de votre corps n exerçaient pas une pression égale et opposée, qui l équilibre. Les savants ont d abord pensé que la pression atmosphérique était due au poids de kilomètres d air qui appuie sur la Terre. Mais la pression atmosphérique s exerce dans toutes les directions vers le haut, le bas les côtés- et correspond au bombardement incessant des molécules d air. Elle décroît quand vous vous élevez dans l atmosphère : ainsi, l altimètre d un avion mesure simplement la pression pour indique l altitude. Les cabines des avions doivent être pressurisées car la diminution de pression en altitude rend la respiration impossible : la pression interne de votre corps empêche l air d entrer. La cience. Guide pratique de jeunesse Judith Hann 13. Vrai ou faux. Rétablir la vérité s il est nécessaire. La pression atmosphérique est due au poids de l atmosphère. La pression atmosphérique est due au bombardement des molécules d air. P = 1 5 bar P = 1 1 bar La pression atmosphérique augmente quand nous nous élevons dans l atmosphère. La pression atmosphérique s exerce vers le bas. 5

6 14. Pourquoi est-ce que nous ne sommes pas écrasés par la pression atmosphérique? 15. Est-ce que les scientifiques ont-ils toujours connu la façon d agir de la pression atmosphérique? 16. Le physicien «Evangelista Torricelli» ( ) dit que «nous vivons au fond d un océan d air». Établissez les similitudes et les différences entre la pression exercée par l eau et la pression exercée par l air dans la situation suivante : 17. Pourquoi la pression atmosphérique s exerce-t-elle dans toutes les directions? 18. i on fait le vide partiel dans une bouteille en plastique, la paroi se déforme, de la même façon que celle du plongeur s écrasait. Quelle en est la raison? 6

7 Mesure de la pression atmosphérique Evangelista Torricelli (physicien italien, ), proposa une expérience en 1643 dans laquelle il employa le premier baromètre, appareil qui mesure la pression atmosphérique. Il a utilisé un tube d un mètre de long, scellé à l une de ses extrémités et rempli de mercure. Il a bouché avec un doigt l autre extrémité. Il a retourné ce tube sur une cuve que contenait aussi du mercure. Le niveau de mercure dans le tube baisse mais il se stabilise à environ 760 mm de la surface de la cuve. Au-dessus du mercure du tube, il n y a plus rien, c est le vide 19. Complétez : 1 e ) 2 e ) 3 e ) h = h = elon Torricelli, la force pressante exercée par l atmosphère agit sur la surface de mercure et compense le poids de la colonne de mercure, ce qui empêche le tube de se vider. La hauteur de la colonne de mercure, h, mesure la pression atmosphérique en millimètre ou centimètre de mercure. Force pressante exercée par l atmosphère Poids de la colonne de mercure Puy de Dôme, situé à quelques kilomètres de la ville de Clermont- Ferrand, en Auvergne Blaise Pascal (physicien français, ), confirma l hypothèse de Torricelli. Il affirma que si la hauteur de la colonne de mercure était liée à la pression atmosphérique, cette hauteur devrait diminuer avec l altitude puisque la pression atmosphérique diminue aussi. Il demanda à son beau-frère de répéter l expérience de Torricelli sur le Puy de Dôme (1464 m) ; celui-ci constata que la hauteur de la colonne de mercure était de 680 mm. En hommage à Pascal, on donnera son nom à l unité de la pression dans le.i. On emploie souvent pour mesurer la pression le millimètre de mercure, mm Hg, unité appelée aussi «tor» en l honneur de Torricelli. 7

8 20. En employant l expression P = d g h, calculez la valeur de la pression qui exerce une colonne de 760 mm de mercure, exprimée en Pa. Donné : d mercure = 13 6 g/cm 3 = kg/m L eau est une substance qui n est ni chère ni dangereuse. Pourtant nous ne vous suggérons pas de faire l expérience de Torricelli avec de l eau. Pourquoi? 22. Cherchez l erreur dans le tableau qui représente Evangelista Torricelli avec son baromètre de mercure. E. Torricelli 23. La pression atmosphérique à la surface du globe oscille autour d une valeur moyenne de 1013 hpa. Le maximum de pression atmosphérique, mesuré en ibérie occidentale, est de 1078 hpa, et le minimum, enregistré dans l océan Pacifique, au large des Philippines, de 887 hpa. Calculez : 1013 hpa = Pa = bar = mbar = tor 1078 hpa = Pa = bar = mbar = tor 887 hpa = Pa = bar = mbar = tor 24. En laboratoire, on peut recueillir le gaz dégagé lors d une réaction chimique, par déplacement d eau (ce gaz était insoluble dans l eau). a) b) c) Dans quel tube à essai la pression du gaz est-elle : - supérieure à la pression atmosphérique? - égale à la pression atmosphérique? - inférieure à la pression atmosphérique? Justifier les réponses. 8