Pression des liquides Guide
PhysiqueIntermédiaireTemps de lecture: 3 min
Aperçu
Pourquoi les plongeurs en eaux profondes doivent-ils porter des combinaisons lourdes et résistantes à la pression ? Pourquoi les barrages sont-ils construits plus larges à la base ? Les réponses se trouvent au cœur du liquide. Cette expérience utilise un micro-manomètre (manomètre en U) pour vous emmener sous l'eau afin de mesurer intuitivement et d'explorer les « trois variables clés » qui déterminent la pression du liquide.
Contexte
L'étude de la pression des liquides est indissociable du scientifique français Blaise Pascal (1623-1662). En 1648, Pascal a réalisé la célèbre « expérience du tonneau » : il a inséré un long tube fin au sommet d'un tonneau en bois scellé rempli d'eau. Lorsqu'une petite quantité d'eau a été versée dans le tube fin depuis une hauteur, le tonneau a éclaté sous l'immense pression interne ! Cette expérience a prouvé de manière vivante que la pression du liquide ne dépend que de la profondeur, et non de la quantité totale de liquide. Pascal a également découvert le « Principe de Pascal » : la pression appliquée à un liquide confiné est transmise sans diminution dans toutes les directions, un principe qui reste la base des presses hydrauliques et des vérins aujourd'hui. Pour honorer ses contributions, l'unité internationale de pression est nommée le « Pascal » (Pa).
Concepts clés
Manomètre (Manometer)
Un instrument pour mesurer la pression des liquides. La membrane en caoutchouc de la sonde détecte la pression, provoquant une différence de hauteur dans les niveaux de liquide des deux côtés du tube en U. Plus la différence de hauteur est grande, plus la pression est élevée.
Pression Liquide (Liquid Pressure)
La pression exercée par un liquide sur son intérieur et les parois du récipient en raison de la gravité et de sa capacité à s'écouler.
Formules et dérivation
Formule de Pression Liquide
La pression dépend de la densité du liquide , de l'accélération gravitationnelle et de la profondeur . Remarque : Elle est indépendante de la masse du liquide, du volume et de la forme du récipient.
Étapes de l'expérience
- 1
Vérifier l'Étanchéité
Avant l'expérience, appuyez doucement sur la membrane en caoutchouc de la sonde. Si une différence de hauteur claire apparaît dans les niveaux de liquide du tube en U et se rétablit après avoir relâché, l'appareil est étanche. - 2
Explorer Profondeur vs Pression
Placez la sonde verticalement dans de l'eau claire et modifiez la « Profondeur de la Sonde ». Observez comment la différence de hauteur du tube en U change à mesure que la profondeur augmente. - 3
Vérifier l'Égalité Directionnelle
Gardez la même profondeur et changez la « Direction de la Sonde » (Haut, Bas, Gauche, Droite). Observez et confirmez si la différence de hauteur reste constante. - 4
Comparer Différents Liquides
À la même profondeur, changez le liquide de « Eau Claire » à « Eau Salée » ou « Kérosène ». Comparez l'effet des différentes densités sur la pression.
Objectifs d'apprentissage
- Confirmer que la pression au même point sous l'eau est égale dans toutes les directions
- Maîtriser la loi selon laquelle la pression augmente linéairement avec la profondeur
- Vérifier qu'à la même profondeur, plus la densité du liquide est élevée, plus la pression est grande
- Comprendre l'application du principe des « Vases Communicants » dans le processus de mesure
Applications réelles
- Barrage des Trois Gorges : Conçu pour être extrêmement large à la base afin de résister à l'énorme pression horizontale aux niveaux d'eau profonds
- Limites de Plongée : Les différences de conception entre les plongeurs ordinaires et les submersibles de haute mer sont précisément pour faire face aux différentes pressions hydrostatiques
- Châteaux d'Eau : Utilisent la différence de hauteur pour générer de la pression afin de fournir de l'eau aux résidents des étages supérieurs
Idées reçues
Erreur
La pression au fond d'un grand seau d'eau est toujours supérieure à la pression au fond d'une petite tasse d'eau
Correct
Pas nécessairement. La pression ne dépend que de la profondeur et de la densité. Si le niveau d'eau dans un grand seau partiellement rempli est plus bas que dans une tasse, la pression au fond du seau est en réalité plus faible.
Erreur
La pression du liquide n'agit que vers le bas
Correct
Incorrect. Parce que les liquides peuvent s'écouler, ils exercent une pression sur les parois latérales et, en raison du principe de flottabilité ascendante, même une pression ascendante sur le fond des objets.
Lectures complémentaires
Prêt à commencer ?
Maintenant que vous comprenez les bases, commencez l'expérience interactive !