Module Les mélanges et la circulation de la matière Thème 7 La pression des fluides La pression est une mesure de la force qui agit de façon perpendiculaire sur une certaine surface. Lorsque tu appuies ta main contre un mur, tu exerces une pression sur une partie ou sur une aire précise de ce mur. Si tu augmentais la force, la pression augmenterait aussi. Une formule de la pression On peut calculer la pression à l aide de la formule suivante : Pression (p) = Force (F) ou p = F Aire (A) A On mesure la force en newtons (N) et l aire, en règle générale, en mètres carrés (m²). L unité de pression est donc le newton par mètre carré (N/m²). Cette unité s appelle aussi pascal (Pa), en l honneur du scientifique français Blaise Pascal, pionnier de la recherche sur la pression. Un kilopascal est égal à 1000 Pa. La compression d un gaz Lorsque tu tombes sur une chose qui se comprime, la chose absorbe graduellement la force de ta chute. Comment peut-on comprimer un gaz? 1- Le gaz doit être comprimé dans un contenant scellé à parois solides. Les molécules de gaz se répartissent alors dans le contenant de façon uniforme. 2- L espace entre les particules d un gaz est grand, au point que, lorsqu elles sont pressées les unes contres les autres, elles sont encore assez éloignées pour se comporter comme un gaz. 3- On doit appliquer une force externe sur le gaz du contenant scellé pour rapprocher les particules.
Les gaz sont compressibles, car leurs particules peuvent être comprimées dans un plus petit volume. Est-ce aussi vrai pour les liquides et les solides? Même s il y a de l espace vide entre les particules des solides et des liquides, les espaces sont trop petits. Lorsqu on applique une force sur un solide ou un liquide les particules ne peuvent pas se rapprocher davantage. Comme on ne peut pas comprimer les solides et les liquides dans un plus petit volume, on dit qu ils sont presque incompressibles. Au lieu de changer le volume du liquide ou du solide, la force appliquée est transmise d une particule à l autre dans la substance, un peu comme des dominos qui tombent. Les particules elles-mêmes ne se déplacent pas dans la direction de la force, car elles n ont pas d espace pour bouger. Seules les particules qui ont de l espace se déplacent.
Quelques avantages de la compression Une autre propriété utile des gaz est leur capacité à exercer une force opposée (une contre-force) lorsqu on les comprime. On peut utiliser cette propriété pour amortir les chocs. La pression atmosphérique L atmosphère de la Terre a une épaisseur d environ 160 km. Cette enveloppe d air est retenue autour de la Terre par la force de gravité.
La pression de l air varie avec l altitude, comme la pression de l eau varie avec la profondeur. Plus tu montes dans l atmosphère, moins il y a de particules d air qui exercent une pression sur l extérieur de ton corps. La pression de l air à l intérieur de ton corps ne change toutefois pas aussi rapidement qu à l extérieur. S il y a une grande différence de pression des deux côtés de tes tympans (membranes de l oreille), tu ressens un claquement à l intérieur de l oreille lorsque la pression s équilibre. La masse volumique de l atmosphère diminue avec l altitude. C est pourquoi il est si difficile de respirer au sommet de très hautes montagnes. Chaque inspiration prise au sommet d une montagne contient moins de molécules d oxygène qu au niveau de la mer. La mesure de la pression atmosphérique Le baromètre est l instrument que l on utilise pour mesurer la pression atmosphérique. Un baromètre à mercure À quoi sert-il? Cet instrument permet de déterminer la pression atmosphérique. Comment est-il fait? Le baromètre est composé d'un tube de verre contenant du mercure et dont l'extrémité ouverte (en bas) repose dans un bassin rempli de mercure. Une échelle graduée permettant de lire la pression se trouve sur le tube de verre. Comment fonctionne-t-il? Le principe physique du fonctionnement du baromètre est l'équilibre des forces. La colonne de mercure contenue dans le tube cherche à descendre sous l'effet de son poids. Cependant, l'air environnant pousse sur le mercure dans le bassin. La colonne de mercure cesse de bouger lorsque ces deux forces de poussée sont égales. Lorsque la pression de l'air environnant augmente, elle pousse sur le mercure dans le bassin et fait remonter une certaine quantité de mercure dans le tube de verre. De façon contraire, une baisse du mercure dans le tube sera causée par une diminution de la pression atmosphérique. En observant la hauteur de la colonne de mercure dans le tube, nous disposons donc d'une mesure de la pression de l'air. La pression atmosphérique peut supporter 760mm de mercure (Hg) au niveau de la mer.
Les forces équilibrées et non équilibrées Lorsque la pression de l air à l intérieur d un contenant fermé est inférieure à la pression de l air à l extérieur, les parois du contenant se renfoncent. Il en résulte une force en déséquilibre, soit la force de la pression atmosphérique qui pousse les parois vers l intérieur du contenant.