LA PRESSION - IES Drago

La pression
Unité 3
LA PRESSION
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.
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La pression
3. Choisissez, parmi les expressions suivantes, une équation pour définir la pression :
P = F ⋅ S ; P = S / F ;P = F / S
Si 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 S de la surface :
P =
F
S
1N
L’unité de pression dans le S.I. est le pascal (symbole : Pa), 1 Pa = 2
1 m
On utilise couramment le bar, 1 bar = 1000 000 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 2 .
5. 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 10–10 cm 2 .
7. 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)
10 –5 ______
______ 2’5 ⋅ 10 5
5 ______
______ 6 ⋅ 10 7
8. 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
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La pression
9. Une paroi plane d’aire S = 800 cm 2 sépare deux gaz à des pressions
différentes, p 1 = 10 5 Pa et p 2 = 0’5 10 5 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. Si le tube est placé
dans l’atmosphère la membrane n’est pas
tendue.
Si 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.
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La pression
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
=
S
= d
liquide
liquide
⋅ h ⋅ g
=
m
liquide
S
⋅ g
d
=
liquide
⋅ V
S
colonne
⋅ g
d
l
⋅ h
=
colonne
S
⋅S⋅
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
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La pression
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 Science. 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.
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La pression
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 » (1608-1647) 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. Si 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 ?
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La pression
Mesure de la pression atmosphérique
Evangelista Torricelli (physicien italien, 1608-1647), 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 =
Selon 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, 1963-
1662), 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 S.I.
On emploie souvent pour mesurer la pression le millimètre de mercure, mm Hg,
unité appelée aussi « tor » en l’honneur de Torricelli.
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La pression
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 = 13600 kg/m 3 .
21. 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
Sibérie 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.
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