Les Fluides
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Vases & siphonCe principe est assez intuitif.

Prenons plusieurs récipients (les "vases") de formes quelconques : par exemple, un gros cube et un petit volume conique.

Faisons en sorte qu'ils communiquent entre eux (par des tubes généralement) et qu'ils contiennent un liquide en équilibre (pas de mouvement : nous sommes toujours en train de parler de statique des fluides).

Alors, chacune des surfaces libres du fluide versé dans le ou les vases sont dans le même plan horizontal ( au même niveau, quoi !) .

Remarquez le premier petit paradoxe qui se pointe : le "vase" carré contient beaucoup plus de fluide (donc masse beacoup plus importante) que le "vase" conique.

On remarque pourtant que le fluide arrive à la même hauteur.

On peut faire l'expérience avec des tubes de différentes formes, longueur, épaisseur. Jetez un oeil à la vidéo suivante (pop-up, Quicktime, en anglais).

 “ Comment pomper
 le réservoir de son voisin ! ”

Note : il faut quand même pas des tubes trop fin sinon des phénomènes de capillarité vont rentrer en oeuvre.

Cela explique l'application du siphon.

Le liquide siphonné va remplir le deuxième réservoir jusqu'à ce que leur hauteurs respectives soient les mêmes.

haut

PascalÔ mon tonneaaOoOOOOH, c'est le plus beau des tonneaux…

Le principe est simple mais a des consequences importantes.

Pour la détermination des forces exercées par un fluide sur les parois d'un récipient, ce n'est pas le volume qui compte mais la hauteur h du fluide.

Cela va contre l'intuition première : Pascal a en effet résolu le paradoxe hydrostatique (tel que posé par Simon Stevin) !

Pour l'exemple, Pascal a en effet présenté qu'en rajoutant de l'eau dans un mince tube raccordé à un tonneau, ce dernier finissait par  exploser  par l'importance de la pression rajoutée.

Il montre ainsi que c'est pas la masse de l'eau rajoutée qui a une influence mais bien la hauteur du fluide.

Une expérience classique mais moins impressionnante consiste à remplir entièrement un récipient cylindrique avec de l'eau tout d'abord.

Ensuite, on va percer 3 trous (en haut, au milieu et en bas) : le débit va être beaucoup plus important en bas qu'en haut.

C'est ce principe qui est à la base du fonctionnement des systèmes hydrauliques de tous poils (vérins et autres actionneurs) si puissants ainsi que de la presse hydraulique.

On peut ainsi se servir des fluides comme d'un levier afin de soulever d'importantes charges (ou pousser pour écraser par exemple).

En effet, comme avec un levier classique, un grand mouvement sur un petit volume de fluide peut soulever de grandes masses de l'autre côté; à l'aise Blaise..

L'animation ci-contre illustre bien le grand déplacement du petit vérin (grâce à une petite force f qui engendre de ce fait un petit déplacement mais avec une plus grande force F).

On peut facilement démontrer la démultiplication de la force, comme l' a fait Pascal.

Dans le dessin ci-dessous, on reprend les vases communiquants : on voit donc 2 récipients cylindriques (vus en coupe) communiquants et remplis d'un fluide.

Principe de fonctionnement : presse hydraulique

Le petit récipient a un diamètre 10 fois moins important (donc le volume et poids d'eau sont différents d'un facteur 100 entre les deux récipients)

Les niveaux d'eau sont à même hauteur bien sûr et cela a une grande conséquence ….

Les parties hachurées sont de l'eau "solidifiée par la pensée" (une sorte de "croute").

On voit donc que pour cette "eau solidifiée", un poids de 10 dans le petit réservoir arrive à "soutenir" un poids 100 fois plus important dans le grand réservoir !

Pendant ce temps, la pression reste la même partout dans les deux réservoirs.

Ainsi, cette vidéo (pop-up, Quicktime) vous montrera comment facilement faire tomber le cul d'une bouteille en frappant sêchement sur le bouchon.

Voilà, nous avons vu l'essentiel de la statique des fluides. On va à présent mettre tous ces fluides en mouvement dans la section cinématique des fluides.

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