Fluides / Aérodynamique / Vide / Gaz / Eau
- Pourquoi une ventouse tient ?
Catégorie : Fluides / Aérodynamique / Vide / Gaz / Eau - J'ai lu qu'un glaçon qui fond dans un verre d'eau n'augmente pas le volume de l'eau, alors comment expliquer que la fonte des glaces provoquerait une augmentation du niveau des océans ?
Catégorie : Fluides / Aérodynamique / Vide / Gaz / Eau - J'aurais voulu savoir qu'elle est la formule permettant de calculer la pression exercée sur les parois latérales par de l'eau contenu dans un bassin rectangulaire de 1 m de profondeur.
Catégorie : Fluides / Aérodynamique / Vide / Gaz / Eau - Pourquoi dans la démonstration de la formule de Torricelli, la pression à la surface du récipient est identique à la pression du fonds du récipient.
Catégorie : Fluides / Aérodynamique / Vide / Gaz / Eau - Quels sont les liens entre les équations de Navier-Stokes et l'élaboration de la carène d'un bateau ?
Catégorie : Fluides / Aérodynamique / Vide / Gaz / Eau - Existe-t-il une formule pour calculer le débit d'une vis d'Archimède, connaissant son diamètre et son pas ?
Catégorie : Fluides / Aérodynamique / Vide / Gaz / Eau - Pourquoi, quand on met une bouteille en plastique, remplie d'eau à moitié dans le réfrigérateur, la bouteille se contracte ?
Catégorie : Fluides / Aérodynamique / Vide / Gaz / Eau - Pourquoi dans un petit ballon, l'air est plus comprimé que dans un grand ?
Catégorie : Fluides / Aérodynamique / Vide / Gaz / Eau - Comment peut-on peser l'air ?
Catégorie : Fluides / Aérodynamique / Vide / Gaz / Eau - Alors que le fer coule, pourquoi les cargos flottent-ils ?
Comment expliquer avec des mots simples le principe d'Archimède ?
Catégorie : Fluides / Aérodynamique / Vide / Gaz / Eau - Dans l'explication de l'effet Magnus, on nous propose que l'air est accéléré ou ralenti par la rotation du cylindre. Dans la partie du cylindre qui va dans le sens du courant d'air ,l'air est accéléré, ce qui induirait une diminution de pression de l'air sur ce cylindre. Mais ,selon moi, il y a un moment où la vitesse de l'air accéléré sera égale à la vitesse du cylindre à un point donné. Comment expliquer, à cet endroit, l'existence d'une dépression ?
Catégorie : Fluides / Aérodynamique / Vide / Gaz / Eau - Pouvez-vous m'expliquer ce qui se passe lors de l'expérience de Magdebourg ? Comment obtenez-vous le résultat d'une force équivalente à 11 tonnes ?
Catégorie : Fluides / Aérodynamique / Vide / Gaz / Eau - Comment varie la pression atmosphérique avec l'altitude ?
Catégorie : Fluides / Aérodynamique / Vide / Gaz / Eau - Il y a presque 25 ans, dans un numéro de Science et Vie, il était expliqué comment en injectant de l'air comprimé par le milieu d'un tuyau en T, il était possible, avec une géométrie interne particulière, de récupérer de l'air chaud d'un côté du T et de l'air froid de l'autre. Les molécules les plus rapides (chaudes) glissant le long de la paroi, les moins rapides (froides) restant au centre de la lumière du tube. Et tout ceci, sans la moindre pièce mobile, seule la géométrie interne du tube étant en jeu. Ces appareils servaient à refroidir des armoires électriques, des pièces dans un environnement explosif... Pouvez-vous me redonner des explications sur le principe ?
Catégorie : Fluides / Aérodynamique / Vide / Gaz / Eau - Pourriez-vous m'expliquer comment calculer le débit d'un liquide (en l'occurrence de l'eau), connaissant la pression et le diamètre du tuyau dans lequel il circule ?
Catégorie : Fluides / Aérodynamique / Vide / Gaz / Eau - Je voudrais savoir a quelle profondeur maximale on peut pomper l'eau d'un puit (avec une très bonne pompe).
Catégorie : Fluides / Aérodynamique / Vide / Gaz / Eau - Pouvez-vous m'expliquer l'effet Venturi.
Catégorie : Fluides / Aérodynamique / Vide / Gaz / Eau - Pourquoi l'écoulement de l'eau par notre robinet se rétrécit-il en tombant ? Y-a-t-il un force qui le concentre ?
Catégorie : Fluides / Aérodynamique / Vide / Gaz / Eau - Je cherche des formules :
- La formule permettant de convertir une pression d'eau dans un tube de section connu en débit ;
- La formule permettant de convertir une pression de vapeur dans un tube de section connu en débit ;
- La formule permettant de connaitre le volume d'eau évaporé par heure dans un aéroréfrigérant (tour dans laquelle l'eau s'ecoule a travers un courant d'air).
Catégorie : Fluides / Aérodynamique / Vide / Gaz / Eau - Quelle est la dimension d'une molécule d'eau ?
Catégorie : Fluides / Aérodynamique / Vide / Gaz / Eau - Pourquoi la goutte d'eau a une forme allongée dans un champ de pesanteur ?
Catégorie : Fluides / Aérodynamique / Vide / Gaz / Eau - Est-ce que vous pouvez m'expliquer comment les molécules d'eau peuvent monter ? Quelles sont les conditions pour que l'eau monte ? Y-a-t-il un espace nécessaire pour que cela se produise ? Comment les molécules s'accrochent-elles ?
Catégorie : Fluides / Aérodynamique / Vide / Gaz / Eau - Comment traite-t-on l'écoulement sur les ailes d'avions et les voiles de bateaux ?
Catégorie : Fluides / Aérodynamique / Vide / Gaz / Eau - Comment fabrique-t-on des fontaines ?
Catégorie : Fluides / Aérodynamique / Vide / Gaz / Eau - Comment fonctionne un puits artésien et d'où viens ce nom d'artésien ? de l'Artois ?
Catégorie : Fluides / Aérodynamique / Vide / Gaz / Eau - Comment fonctionne un sable mouvant ?
Catégorie : Fluides / Aérodynamique / Vide / Gaz / Eau - Je comprends la physique des sables mouvants pour les cas où l'eau remonte, mais dans le désert du Sahara, qu'est-ce qui provoque les sables mouvants ou fesh-fesh ? car l'eau n'est pas monnaie courante dans cette partie du monde !
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Pourquoi une ventouse tient ?
Une ventouse tient contre un mur grâce à l'air. Les molécules de ce dernier, en mouvement perpétuel "tambourinent" sur la ventouse et la plaquent contre le mur. S'il y a de l'air entre le mur et la ventouse, cette dernière ne tient plus car les molécules de l'air entre le mur et la ventouse frappent aussi cette dernière et cela tend à l'éloigner du mur.
Le résultat des chocs entre les molécules de l'air et les surfaces se traduit par l'existence d'une pression qui fait tenir la ventouse sur un mur.
J'ai lu qu'un glaçon qui fond dans un verre d'eau n'augmente pas le volume de l'eau, alors comment expliquer que la fonte des glaces provoquerait une augmentation du niveau des océans ?
Un glaçon qui fond n'augmente pas le niveau d'eau car l'eau prend moins de place que la glace. Inversement un glaçon prend plus de place que l'eau et on peut le vérifier quand on congèle une bouteille : si on n'a pas laisser d'air, la bouteille éclate car la glace prend plus de place que l'eau. La glace à une densité voisine de 9/10 (0,917 exactement), la partie émergée ne représente qu' 1/10 du volume et en fondant prend sa place dans l'eau. Si tous les icebergs fondaient : le niveau de l'eau n'augmenterait pas, mais quand on dit que la fonte des glaces entraînerait une augmentation du niveau des océans, on parle de la glace qui ne flotte pas sur l'eau. Cette glace peut avoir un volume émergé énorme qui en fondant correspondrait à des volumes d'eau énormes.
Par ailleurs, la densité de l'eau étant maximale à 4°C, toute élévation de température de l'eau des océans de 0°C à plus de 4°C s'accompagne d'abord d'une réduction du volume puis d'une augmentation...
J'aurais voulu savoir qu'elle est la formule permettant de calculer la pression exercée sur les parois latérales par de l'eau contenu dans un bassin rectangulaire de 1 m de profondeur.
La pression de l'eau augmente avec la profondeur. Elle n'est donc pas uniforme sur les cotés latéraux. Cependant, on peut moyenner les pressions aux différentes profondeurs. Comme l'augmentation de pression est proportionnelle à la profondeur, la moyenne des pressions est égale à la pression qui règne à la profondeur moyenne.
A 50 cm de profondeur par exemple : Pression moyenne = masse volumique de l'eau × accélération de la pesanteur × profondeur moyenne = 1000 × 9,8 × 0,5 = 4900 pascal.
Connaissant la pression (moyenne), on peut en déduire la force exercée par l'eau sur les parois verticales : Force = pression × surface = 4900 × (1 × 1) = 4900 Newtons.
Pourquoi dans la démonstration de la formule de Torricelli, la pression à la surface du récipient est identique à la pression du fonds du récipient.
Le théorème de Torricelli dit qu'un liquide qui s'écoule d'une hauteur h a une vitesse identique à celle qu'il aurait s'il tombait en chute libre de la même hauteur h. Cette vitesse est égale à la racine carrée de (2 × g × h), avec g l'accélération de la pesanteur et h la hauteur du fluide dans le récipient. On peut retrouver ce résultat en appliquant le théorème de Bernoulli : (pression + masse volumique × vitesse2 / 2 + masse volumique × accélération de la pesanteur × hauteur) reste constant. La pression considérée est la pression atmosphérique qu'on suppose identique en haut et en bas du récipient. Cela n'est pas rigoureusement juste puisque du fait du poids de l'air, la pression l'air en bas du récipient est un peu plus élevée que celle au dessus. Mais la différence est très faible et on se permet de la négliger. Elle n'aurait qu'un effet sur la troisième décimale de la vitesse.
Quels sont les liens entre les équations de Navier-Stokes et l'élaboration de la carène d'un bateau ?
Les équations de Navier-Stokes permettent de calculer les lignes de courant d'un fluide en écoulement autour d'un objet et donc aident à la conception des carènes aussi hydrodynamiques que possible. Les lignes de courant sont obtenues grâce au calcul de la vitesse en chaque point de l'écoulement. La vitesse du fluide est une des inconnues des équations de Navier-Stokes. Il faut aussi tenir compte des phénomènes de turbulence autour des objets, phénomènes qui doivent être modélisés à l'aide d'expériences.
Existe-t-il une formule pour calculer le débit d'une vis d'Archimède, connaissant son diamètre et son pas ?
Calcul de la longueur L de la vis :
Le bord de la vis est une hélice de rayon R. J'isole un point de cette hélice. Lorsque la vis tourne, ce point décrit une portion d'hélice. Si la vis a fait un tour, ce point se retrouve à l'aplomb de la où il était, à une hauteur H (le pas de la vis). Quelle est la distance que ce point a parcouru (longueur L du "boyau") ? Imaginons qu'en se déplaçant, ce point a laissé une trace sur un cylindre qui entoure la vis. Quelle est la longueur de cette trace ? Pour le savoir, il faut "dérouler" le cylindre, la trace est en fait un trait droit incliné vers le haut (d'autant plus que le pas H de la vis est important). C'est l'hypoténuse d'un triangle dont les deux autres cotés sont la circonférence du cylindre (projection horizontale du trait) et le pas H de l'hélice (projection verticale du trait). La longueur de ce trait est égale à la racine carrée de ((2 π RH)2 + H2).
En résumé, à mon avis : Débit = nombre de tour par seconde × S × racine carrée de ((2 π RH)2 + H2).
Pourquoi, quand on met une bouteille en plastique, remplie d'eau à moitié dans le réfrigérateur, la bouteille se contracte ?
L'air qui reste dans la bouteille prend moins de place quand il est refroidi : la pression est donc plus faible, ce qui explique la contraction. Inversement quand l'air est chauffé.
Pourquoi dans un petit ballon, l'air est plus comprimé que dans un grand ?
La pression de l'air placé dans une enceinte est due aux chocs des molécules sur la paroi. Si la paroi est élastique, elle va se tendre sous l'effet des chocs. Une paroi élastique tendue a tendance à se rétracter et la paroi du ballon comprime l'air à l'intérieur. En conséquence, la pression à l'intérieur du ballon est supérieure à la pression de l'air à l'extérieur puisque l'air à l'intérieur doit aussi "lutter" contre la membrane élastique. Or, la surpression dans le ballon (différence entre pression intérieure et pression extérieure) est inversement proportionnelle au rayon du ballon. Donc plus le rayon du ballon (et donc le volume) est grand, moins la pression à l'intérieur est grande. Cela peut paraître paradoxal puisque pour gonfler le ballon, on ajoute de l'air à l'intérieur. On pourrait donc penser que la pression va augmenter mais c'est oublier que le volume du ballon augmente aussi. Que le ballon soit grand ou petit, la pression de l'air à l'intérieur est égale à la pression de l'air à l'extérieur + la pression due à la membrane. Autrement dit, la surpression (par rapport à la pression extérieure) dans un ballon est liée à la tension de la membrane du ballon. Plus le volume du ballon est grand, plus la membrane est tendue. Là encore, on pourrait en déduire à tord que la surpression de l'air à l'intérieur sera plus grande si le ballon est grand. Au contraire, la surpression sera plus petite. Il est vrai que lorsque le volume augmente, la paroi est plus tendue. La tension dans la paroi est donc plus grande, elle est proportionnelle au rayon du ballon (2 x π x rayon x tension par unité de longueur de la membrane). Pour compenser l'effet de cette tension plus importante, l'air à l'intérieur doit exercer une force plus importante sur la paroi. Mais cette force de pression est proportionnelle à la surface, c'est à dire proportionnelle au carré du rayon. Cette force de pression = surpression x π x rayon2. La surpression de l'air dans le ballon est donc inversement proportionnelle au rayon, elle est égale à 2 x Tension par unité de longueur / Rayon. On peut constater que la pression dans un petit ballon est plus grande que dans un grand : il est plus difficile de gonfler un ballon au début, lorsqu'il a un petit volume, et c'est plus facile lorsqu'il est plus grand. En plaçant un ballon pas très gonflé et un autre plus gonflé aux deux bouts d'un tube, on voit que le petit ballon se vide dans le grand.
Comment peut-on peser l'air ?
Pour peser l'air, on peut comparer le poids d'un ballon (de foot par exemple) plein d'air et celui du même ballon vidé de son air.
Alors que le fer coule, pourquoi les cargos flottent-ils ?
Comment expliquer avec des mots simples le principe d'Archimède ?
Un morceau de fer coule et un bateau flotte : c'est très étrange ! Si le bateau ne coule pas, autrement dit s'il ne tombe pas dans l'eau, c'est grâce à l'eau qui le soutient. L'eau pousse le bateau vers le haut et l'empêche de tomber vers le bas. L'eau pousse aussi le morceau de fer vers le haut mais elle n'arrive pas à l'empêcher de tomber parce qu'elle ne pousse pas assez fort sur le morceau de fer. L'eau pousse tous les objets vers le haut (c'est la poussée d'Archimède) mais pas de la même façon. L'eau pousse fort si la partie immergée de l'objet est importante. Pour qu'un morceau de fer (ou de pâte à modeler) flotte, on a donc intérêt à lui donner une forme de coque. De cette façon, la partie immergée de cette coque occupe une place suffisante dans l'eau. Imaginons qu'on lâche cette coque au-dessus de l'eau. Au début, ce n'est qu'une petite partie de la coque qui est immergée. Résultat, l'eau ne pousse pas suffisamment vers le haut : elle n'empêche pas la coque de s'enfoncer un peu plus. En s'enfonçant, la coque occupe plus de place dans l'eau. Du coup, l'eau pousse la coque plus fort. Il arrivera un moment où l'eau poussera tellement fort sur la coque qu'elle l'empêchera de s'enfoncer davantage : le bateau flottera (à condition que l'eau ne soit pas rentrée dans la coque). Notez bien que la poussée d'Archimède existe dans l'eau mais aussi dans tous les fluides, notamment dans l'air. C'est aussi grâce à elle que les montgolfières s'élèvent dans l'air.
Dans l'explication de l'effet Magnus, on nous propose que l'air est accéléré ou ralenti par la rotation du cylindre. Dans la partie du cylindre qui va dans le sens du courant d'air ,l'air est accéléré, ce qui induirait une diminution de pression de l'air sur ce cylindre. Mais ,selon moi, il y a un moment où la vitesse de l'air accéléré sera égale à la vitesse du cylindre à un point donné. Comment expliquer, à cet endroit, l'existence d'une dépression ?
Ce qui compte dans les variations de pression, ce sont les variations de vitesse du fluide. Ce qui nous intéresse, lorsqu'on parle de la vitesse du fluide, est la vitesse par rapport à lui-même mais à un autre endroit (pas par rapport au cylindre) : vitesse au point A comparée à la vitesse au point B. Si la vitesse a augmentée, la pression doit diminuer. Pour une balle qui avancerait horizontalement sans tourner sur elle même, l'air circulerait à la même vitesse au dessus de la balle et en dessous. Si en plus du mouvement horizontal, la balle tourne sur elle même, sa paroi va entraîner l'air puisque, du fait des frottements, l'air adhère à la paroi. Résultat : l'air qui passe au dessus de la balle n'ira pas à la même vitesse que celui qui passe en dessous. La différence de pression qui en résulte peut être calculée avec le théorème de Bernoulli. Mais on obtient alors une approximation puisque ce théorème n'est valable que pour les fluides sans viscosité et donc il n'est valable qu'en l'absence de frottement. Pour calculer précisément la différence de pression, il faudrait calculer le champ de pression autour de la balle à l'aide des équations de Navier-Stokes.
Pouvez-vous m'expliquer ce qui se passe lors de l'expérience de Magdebourg ? Comment obtenez-vous le résultat d'une force équivalente à 11 tonnes ?
Dans cette expérience, une pompe à vide extrait l'air contenu à l'intérieur de deux hémisphères et ces deux hémisphères semblent collés l'un à l'autre. Cela est dû au fait qu'il n'y a presque plus d'air à l'intérieur des deux hémisphères. Il y a donc très peu de molécules qui frappent la surface interne des deux hémisphères. En revanche, les chocs sont plus nombreux sur les parois externes. Résultat, l'air à l'extérieur appuie plus fort sur les hémisphères que l'air à l'intérieur : La pression de l'air à l'extérieur (= la pression atmosphérique) est plus importante que la pression de l'air à l'intérieur. C'est cette différence de pression qui maintient les deux hémisphères plaqués l'un contre l'autre. Si on arrivait à faire le vide parfait à l'intérieur des deux hémisphères, la pression serait nulle à l'intérieur et la différence de pression serait égale à la pression extérieure, soit la pression atmosphérique.
La pression atmosphérique est égale à la force exercée par l'air sur une surface de 1 m2. Or, l'air (au niveau de la mer) exerce sur chaque cm2 une force égale au poids d'une masse de 1 kg. Sachant cela, on peut calculer la force qui serait nécessaire pour séparer deux hémisphères plaqués l'un contre l'autre par la pression atmosphérique (au niveau de la mer). Il suffit de calculer, non pas la surface de la sphère, mais la surface de la section la plus grande (surface perpendiculaire à la force qui plaque les deux hémisphères). Si la sphère a un rayon de 10 cm, cette surface est égale à 314 cm2. Il suffira d'accrocher à l'un des hémisphères une masse de 314 kg pour les séparer. Si vous devez accrocher une masse de 11 tonnes, c'est que la section a une surface de 11 000 cm2. J'en déduis que le rayon des hémisphères est égal à 59,18 cm.
Comment varie la pression atmosphérique avec l'altitude ?
La pression atmosphérique diminue quand on s'élève. La différence de pression ΔP entre deux points décalés d'une hauteur h l'un de l'autre est : ΔP = h.ρ.g (ρ étant la masse volumique de l'air et g le champ de pesanteur). Pour faire un calcul exact, il faut tenir compte que la masse volumique de l'air (environ 1 kg/m3 au sol) diminue avec l'altitude, ce qui n'est pas simple ! On estime près du sol 1 mbar de moins tous les 8 m, et vers 5 000 m d'altitude 1 mbar de moins tous les 15 m. En première approximation, on peut dire que la pression diminue avec l'altitude z selon : Pz = P0.e-Mgz/RT (P0 = 1 atmosphère, M : masse molaire de l'air, T : température supposée constante). Ce phénomène est utilisé dans les altimètres. Plus on monte, plus la pression diminue. Il suffit de faire correspondre à chaque pression la bonne altitude par un étalonnage préalable.
Il y a presque 25 ans, dans un numéro de Science et Vie, il était expliqué comment en injectant de l'air comprimé par le milieu d'un tuyau en T, il était possible, avec une géométrie interne particulière, de récupérer de l'air chaud d'un côté du T et de l'air froid de l'autre. Les molécules les plus rapides (chaudes) glissant le long de la paroi, les moins rapides (froides) restant au centre de la lumière du tube. Et tout ceci, sans la moindre pièce mobile, seule la géométrie interne du tube étant en jeu. Ces appareils servaient à refroidir des armoires électriques, des pièces dans un environnement explosif... Pouvez-vous me redonner des explications sur le principe ?
Vous faites allusion au tube dit de "Ranque-Hilsh".
L'idée de base est la suivante : on prend un tube ouvert aux deux bouts, et par une troisième ouverture réalisée sur le côté, on y fait pénétrer de l'air comprimé. En pénétrant, cet air est obligé de tourbillonner dans le tube autour de l'axe du celui-ci, car on se débrouille pour faire entrer l'air de manière tangentielle (et non pas vers l'axe du tube), un peu comme dans un sifflet de police. Pour des raisons mécaniques, l'air près de l'axe tourbillonne plus vite que l'air loin de l'axe à la périphérie contre les parois du tube. Aussi, la pression et la température chutent le long de l'axe, tandis qu'au contraire elles s'élèvent loin de l'axe. L'astuce dans le montage consiste alors à faire en sorte que chacune de ces deux masses d'air quitte le tuyau par l'une des extrémités. On obtient ce résultat en bouchant les deux extrémités du tube et en les perçant : l'une au centre (pour faire s'échapper l'air frais), l'autre à la périphérie (pour faire s'échapper l'air chaud). Par ailleurs, on peut faire en sorte que l'air frais en s'échappant subisse une détente violente ; cela abaisse davantage sa température. Dans les bons montages, on peut obtenir - 50°C d'un côté et + 200°C de l'autre !
Très grossièrement, on pourrait prendre un sifflet de police dont on percerait les deux parois latérales, l'une au centre, l'autre à la périphérie (plusieurs trous). En soufflant dans le sifflet, de l'air chaud sortirait d'un côté et de l'air frais de l'autre.
Pourriez-vous m'expliquer comment calculer le débit d'un liquide (en l'occurrence de l'eau), connaissant la pression et le diamètre du tuyau dans lequel il circule ?
Le débit est proportionnel à la pression (différence de pression entre l'amont et l'aval) et inversement proportionnel à la longueur du tuyau (entre l'amont et l'aval) et à la viscosité du fluide. Par ailleurs, il augmente comme la quatrième puissance du rayon du tuyau. On peut comparer cela avec le débit d'électrons dans un fil parcouru par un courant, où la résistivité du conducteur est l'homologue de la viscosité du fluide, et où la tension électrique correspond à la différence de pression. Une différence tout de même : en électricité, le débit varie comme le carré du rayon du fil, c'est à dire comme la section du fil, et non comme la puissance quatrième. Cela tient au fait que la vitesse de dérive des électrons au niveau d'une section du fil est la même quelle que soit la distance à l'axe du fil, tandis que dans un tuyau cette vitesse présente un profil parabolique : maximale au niveau de l'axe du tuyau et nulle sur les bords.
Je voudrais savoir a quelle profondeur maximale on peut pomper l'eau d'un puit (avec une très bonne pompe).
Il faut comprendre qu'au sens physique, la pompe n'aspire pas : l'eau qui monte grâce à la pompe n'est pas tirée par le haut par la pompe, mais poussée par le bas par l'air environnant qui pèse et qui appuie sur l'eau (et la fait monter). En effet, la pompe crée un espace vide au-dessus de l'eau. Puis, la pression atmosphérique fait monter l'eau dans cet espace vide. Mais il arrivera fatalement un moment où la colonne d'eau pèsera trop, et la pression de l'air ne pourra plus soutenir une colonne d'eau plus haute. A partir de ce moment là, l'eau ne montera plus. Il faut donc savoir quelle hauteur d'eau produit à sa base une pression égale à celle de l'atmosphère. Une atmosphère équivalant au poids de 1 kg par cm2, il suffit de trouver quelle doit être la hauteur d'une colonne d'eau dans une paille de 1 cm2 de section, de sorte qu'elle (l'eau) pèse 1 kg. Comme 1 kg d'eau occupe un volume de 1 litre, il suffit de trouver quelle doit être la longueur d'une paille de 1 cm2 de section de sorte que son volume soit de 1 litre, c'est à dire 1 000 cm3. La réponse à cette question est 1 000 cm, c'est à dire 10 m, mais plus précisément 10,32 m, car 1 atmosphère vaut en fait un peu plus que 1 kg/cm2.
Pouvez-vous m'expliquer l'effet Venturi.
Lorsqu’un fluide en écoulement est contraint à passer par un rétrécissement, sa vitesse augmente au détriment de sa pression : c’est l’effet Venturi. (Il ne faut pas que l’écoulement se fasse à vitesse supersonique).
Pourquoi l'écoulement de l'eau par notre robinet se rétrécit-il en tombant ? Y-a-t-il un force qui le concentre ?
C'est dû à l'augmentation de la vitesse de l'eau pendant sa chute. Si on admet que toutes les secondes un volume de 10 cm3 d'eau quitte le robinet, il faut que toutes les secondes 10 cm3 d'eau traversent n'importe quelle section (horizontale) du filet d'eau. La vitesse de l'eau étant grande dans la partie inférieure du filet, en une seconde une quantité bien supérieure à celle qui sort du robinet (10 cm3) traverserait la section horizontale si le filet conservait son diamètre initial. Afin que cette quantité corresponde à 10 cm3, il est nécessaire que le filet se rétrécisse.
Je cherche des formules :
- La formule permettant de convertir une pression d'eau dans un tube de section connu en débit ;
- La formule permettant de convertir une pression de vapeur dans un tube de section connu en débit ;
- La formule permettant de connaitre le volume d'eau évaporé par heure dans un aéroréfrigérant (tour dans laquelle l'eau s'ecoule a travers un courant d'air).
Dans un tube plein d'eau, la pression est donnée par p = patm + r g h
(r est la densité du fluide et h la hauteur d'eau au-dessus du point de mesure). La vitesse de sortie de cette eau est v = racine carrée (2 g h), qui est la formule de Torricelli. Si on connaît la section, le débit (m3/s) est alors le produit de la vitesse par cette section (m2).
Pour une vapeur, cela dépendra de quel type de vapeur. Pour une vapeur plus dense que l'air extérieur, on peut utiliser le théorème de Bernoulli entre l'intérieur du tube où se trouve la vapeur et la sortie à l'air libre et à la pression atmosphérique. La vitesse de sortie dépendra donc de la différence pression vapeur/pression atmosphérique. On trouve l'expression de ce théorème dans tous les livres d'hydraulique, ce n'est pas une formule toute faite.
Pour le 3ème point, il faut connaître plus de données, comme les températures, ou le débit d'eau à l'entrée du circuit de refroidissement, le débit d'air qui circule, etc... Vous pouvez trouver des renseignements plus précis sur Internet à ce sujet, mais il n'y a pas de formule toute faite, étant donné le nombre de paramètres en jeu.
Quelle est la dimension d'une molécule d'eau ?
Environ 0,3 nm.
Pourquoi la goutte d'eau a une forme allongée dans un champ de pesanteur ?
En fait, la forme n’est pas allongée selon la verticale mais l’horizontale, et la goutte est bombée vers le haut, plate en-dessous, comme une lettre D couchée sur sa tige. Les filets d’air au-dessus d’une goutte (dans son sillage) sont turbulents, si bien que la pression de l’air est plus faible au–dessus de la goutte, alors qu’au contraire, en raison de sa chute, la pression est relativement élevée sous la goutte. La différence de pressions entre l’intérieur d’une goutte et l’extérieur gouverne sa forme.
Est-ce que vous pouvez m'expliquer comment les molécules d'eau peuvent monter ? Quelles sont les conditions pour que l'eau monte ? Y-a-t-il un espace nécessaire pour que cela se produise ? Comment les molécules s'accrochent-elles ?
C'est que le verre (propre) attire l'eau. Cette attraction dont la nature est électrique tire l'eau vers le haut. Si on remplace l'eau par du mercure, dans ce cas, l'interaction est répulsive et le mercure descend (dans un tube capillaire en verre).
Comment traite-t-on l'écoulement sur les ailes d'avions et les voiles de bateaux ?
On considère en général les fluides en écoulement comme "parfaits" loin des obstacles, c'est-à-dire non visqueux. On utilise pour traiter ces problèmes les équations d'Euler (équation différentielle du 1er ordre). En réalité, tous les fluides (et surtout l'air) étant visqueux, on va observer des frottements très importants, près d'une voile par exemple, et la vitesse de l'écoulement contre cet objet sera fortement diminuée, et même nulle à la paroi. Dans ce cas, on utilise les équations de Navier-stokes, qui différent des précédentes par l'introduction d'un terme visqueux non-linéaire (c'est en général là que ça se complique). L'épaisseur de cette couche est la zone où la composante de vitesse parallèle à la paroi est inférieure à 99% de la vitesse non perturbée (loin de l'obstacle), mais c'est une limite artificielle un peu difficile à établir. La pression à travers cette couche est constante et égale à celle que l'on observerait si le fluide était parfait (sans frottements à la paroi). En fait, tout se passe en réalité comme si le fluide voyait l'obstacle plus "épais", comme si la voile du bateau avait une épaisseur, due à la couche d'air ralentie contre elle. Je ne connais pas exactement l'influence que cela peut avoir sur la tenue des voiles ou celle du bateau, mais on peut tout à fait comparer ça à une aile d'avion, avec une difficulté supplémentaire, c'est que la voile est déformable ! Le régime de la couche limite dépend de l'écoulement. Si le nombre de Reynolds (U.d / n) associé à la structure est assez petit, l'écoulement suit à peu près l'obstacle mais la couche limite est assez épaisse. Si au contraire ce nombre est suffisamment grand (> 3 000), la couche limite devient turbulente et "recolle" à l'objet, mais on peut avoir des décollements si la surface est rugueuse...
Deux livres sur le sujet :
- "Mécanique des Fluides" de LANDAU et LIFCHITZ - Editions MIR
- "Mécanique des milieux continus" de P. GERMAIN - MASSON
Trois sites sur le sujet :
- sawww.epfl.ch/SIC/SA/publications/SCR98/scr10-page24.html
- njfun2.free.fr/c1/aero.html
- www.segel.ch/jeu-du-vent/p2.htm.
Comment fabrique-t-on des fontaines ?
Aujourd'hui, il est aisé de réaliser de jolies fontaines en circuit fermé grâce aux pompes électriques. Dans un bassin, préalablement rempli d'eau : une pompe aspire puis refoule l'eau sous forme de jet (la hauteur d'un jet d'eau dépend de la puissance de la pompe) qui retombe dans le bassin, puis est de nouveau aspirée est refoulée, ceci indéfiniment. Il faut juste renouveler l'eau de temps en temps, pour qu'elle soit toujours belle et propre. Avant l'existence des pompes, les anciens se débrouillaient pour créer des réservoirs d'eau en hauteur et utilisaient pour les fontaines le système des vases communicants.
Exemple 1 - La vis d'Archimède (3ème siècle av. J-C.) :
Grâce à un système de spirales incorporé dans un cylindre qui maintenait l'eau et l'empêchait de s'échapper. La vis, mue par une manivelle (manuellement ou à l'aide de bœufs), tournait à grande vitesse, permettant à l'eau de s'élever de spire en spire.
Exemple 2 - Pompage par aspiration
L'eau peut-être aspirée par une colonne dans laquelle on a fait préalablement le vide. L'eau monte dans la colonne sous l'action de la pression atmosphérique qui appuie sur l'eau, mais ne dépassera pas 10,32 m de hauteur (10,32 m correspond au poids d'eau égal à la force de l'air qui appuie sur l'eau).
C'est d'ailleurs ce principe qui est utilisé dans les baromètres à mercure, mais le mercure étant plus lourd que l'eau, ne monte qu'à 76 cm pour la pression atmosphérique de référence.
Comment fonctionne un puits artésien et d'où viens ce nom d'artésien ? de l'Artois ?
Le nom d'artésien tire effectivement son origine de l'Artois, car c'est dans cette région que les premiers puits de ce genre furent établis. La différence entre un puits artésien et un puits ordinaire se situe dans le lieu de forage : si le niveau du lieu où l'on fore le sol est situé en-dessous du niveau de la nappe aquifère, le puits est dit "artésien" ; sinon, il est dit "ordinaire". Cela peut a priori paraître surprenant que l'on puisse forer en-dessous du niveau de la nappe, mais cela se comprend facilement : il suffit que le terrain où la nappe aquifère se situe ait la forme d'une cuvette, et que la nappe elle-même ait, schématiquement, la forme de la lettre U. Si l'on dit que le niveau de la nappe correspond aux extrémités supérieures des deux branches du U, si l'on fore le sol entre les deux branches du U, en-dessous du niveau de la nappe, on a un puits artésien. En raison de sa forme en U, la nappe acquière peut plonger très profond sous Terre, si bien que la température de l'eau qui en jaillit est souvent assez élevée. A titre d'exemple, le puits de Grenelle à Paris descendait à 547 mètres et l'eau qui en jaillissait était constamment à 28°C en été, comme en hiver.
Comment fonctionne un sable mouvant ?
Déjà, n’importe quel mélange eau-sable ne donne pas un sable-mouvant. Pour en avoir un il est indispensable qu'il y ait une source d'eau ascendante dans le bassin du sable mouvant (je dirai le pourquoi plus loin).
On a un bassin gorgé d'eau et de sable (+ des tas d’autres choses). L'ensemble forme un corps dit thixiotrope. Cela signifie que le corps peut subir réversiblement une transformation gel sol. La thixiotropie (ou thixotropie) signifie donc que si l'on secoue le gel, le sol devient "fluide" et qu'en cessant de le secouer, le fluide redevient gel. Le ketchup est thixotrope.
Si je tombe dans un tel milieu, par exemple dans du ketchup (ou dans de la mayonnaise), si je ne bouge pas beaucoup, je suis pris dans le gel. Si je bouge, le gel devient fluide, mes bras et jambes bougent mais en raison du caractère colloïdale et de la grande viscosité du milieu, je dépense beaucoup d’énergie mais n'avance pas. Résultat : je me fatigue, m'épuise et si je me retrouve le visage dans le ketchup, je risque de mourir. Même si cela n'arrive pas, je vais mourir suite à l'épuisement.
Maintenant pourquoi faut-il qu'il y ait un courant d'eau ascendant ? Parce qu'il faut en permanence maintenir le sable et l'eau mélangé (dans le cas contraire ils auront tendance à se séparer) ; cela implique que la pression de l'eau ascendante soit suffisamment importante, ce qui à son tour implique une région plutôt vallonnée, pour que la différence de pression hydrostatique soit importante.
Supposons maintenant qu'un objet plus dense que le sable mouvant tombe dedans. Il s'enfoncera jusqu'à toucher le fond ou s'arrêtera là où la densité du sable mouvant sera égale à sa propre densité. Mais en même temps, comme il y a un courant ascendant, il se peut que le courant le ramène en surface quelque temps après... D'où les légendes...
Je comprends la physique des sables mouvants pour les cas où l'eau remonte, mais dans le désert du Sahara, qu'est-ce qui provoque les sables mouvants ou fesh-fesh ? car l'eau n'est pas monnaie courante dans cette partie du monde !
Dans le cas des sables mouvants, c'est la présence de l'eau (en bonne proportion) qui rend le sable plus fluide (moins visqueux) lorsqu'on s'agite dedans. Dans les fesh-fesh, il n'y a pas d'eau, mais le sable est mélangé à de la poussière. Les deux ont une chose en commun : leur viscosité diminue lorsqu'on les remue (c'est pourquoi il n'est pas conseillé de s'agiter lorsqu'on est dedans).
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