ENSEIGNER
dimanche 19 novembre 2017
icar Vesion anglaise

THEME: Etude des gaz (Marrakech)
Maroc  -  Première (2ème année)  -  Gaz

Activité 2: Pression et force pressante

 
Résolution d’un problème en utilisant la relation entre pression et force pressante

Faites la résolution du problème suivant. Discutez avec votre partenaire pour produire une solution commune à chaque binôme.
On a emprisonné de l’air dans deux seringues reliées à deux tubes en U, de même section, contenant de l’eau colorée. On exerce parallèlement aux axes des pistons, de surfaces s1 et s2, des forces d’intensités F1 et F2 de façon à avoir des dénivellations du liquide égales dans les deux tubes (voir schémas).
1. Comparer la pression de l’air dans les deux seringues.
2. Faire l’étude de l’équilibre des pistons. En déduire la relation qui relie s1, s2 , F1 et F2.

But: Pression et force pressante

La relation qui relie la pression à l’intensité de la force pressante d’un gaz a été introduite par analogie avec des situations de contact entre solides (empreintes d’un skieur sur une piste enneigée) ou solides et liquides (différents objets flottant à la surface de l’eau). Il s’agit dans cette activité d’aider les élèves à se l’approprier ; et ce, en l’appliquant dans la résolution d’un problème.

Corrigé: Pression et force pressante

1. Les forces pressantes de l’air des deux seringues ont le même effet, elles ont donc des intensités égales. Les sections des deux tubes étant égales, la pression d’air est donc la même dans les deux seringues.

2. chaque piston subit parallèlement à son axe trois forces :

Fext : action de l'air extérieur

Fd : action du doigt

et Fint : action de l'air emprisonné dans la seringue

le piston étant en équilibre, on a :

Fext + Fd = Fint , Fd = Fint - Fext et Fd = (pint - pext ). S

D'où, enfin :

Fd2 / Fd1 = s2 / s1

Préparation: Pression et force pressante

L'élève est supposé avoir acquis les notions suivantes, sinon, l'enseignant en fait un rappel:
1.Equilibre d'un corps sous l'action de plusieurs forces;
2.Projection d'une équation vectorielle sur un axe;
3.La relation entre pression et force pressante.
Le professeur laisse les élèves travailler en dyade envirn un quart d'heure. Ensuite, un élève passe au tableau pour faire , sous la conduite de l'enseignant, une résolution assistédu problème suivant le cheminement ci-dessous :
a.Constater l'égalité des effets des forces pressantes des gaz des deux seringues. En conclure leur égalité et l'égalité des pressions des gaz; b.Faire le bilan des forces subies par chaque piston : Fext (action de l'air extérieur), Fint (action de l'air de la seringue) et Fd (action du doigt). c.Etablir pour chaque piston les égalités suivantes :
Fext + Fd = Fint , Fd = Fint - Fext et Fd = (pint - pext). S
D'où, Fd2/Fd1 = S2/S2
La pression étant la même dans les deux seringues, plus la surface du piston est grande plus l'est l'intensité de la force qui y est appliquée.

Savoir: Pression et force pressante

Dans le langage courant, le terme "pression" recouvre une réalité longtemps perçue comme extraordinaire. Lorsqu'une force est appliquée sur l'ensemble d'une surface, perpendiculairement à celle-ci, on définit la pression comme le quotient de cette force sur l'air de la surface S : p=F/S.

La valeur de la pression est souvent plus significative que la valeur de la force elle-même. Considérons, par exemple, une personne se déplaçant sur la neige. Elle sur celle-ci une pression égale à son poids divisé par la surface de contact; Si elle chausse des skis ou des raquettes, cette surface augmente; La pression exercée diminue, et le marcheur s'enfonce moins dans la neige; Inversement, lorsqu'on enfonce un clou dans un matériau, toute la force se trouve concentrée sur une petite surface, à l'extrémité de la pointe, ce qui facilite la pénétration.

Les fluides au repos exercent sur les récipients des forces perpendiculaires aux parois; Un fluide parfait, c'est-à-dire dépourvu de viscosité, se comporte de la même manière (les pneumatiques sont un application directe de cette propriété). En théorie cinétique de gaz, on interpréte la pression comme le résultat de la somme des chocs des molécules sur les parois. Pour un gaz parfait, la pression p s'exprime en fonction de k, masse volumique du gaz, et de u, vitesse quadratique moyenne des molécules : p=1/3 ku2.

La pression : unités et gammes
Dans le système intrnationnal d'unités, la pression se mesure en pascals (Pa)..On trouve également dans la littérature scientifique l'atmosphère, le bar (105Pa) et le torr (ou millimètre de mercure).

Le domaine de variation de la pression est considérable. On réalise actuellement en laboratoires des vides très poussés, de l'ordre de 10-10Pa. Un système à enclume (sorte de pince permettant de recréer des conditions exceptionnelles de pression), tel que la cellule à enclume de diamant, permet d'obtenir, sur une de très petites surfaces, des pressions atteignant 1010Pa. Les explosions ou les implosions produisent, pendant un très court instant, des pressions, appelées ondes de chocs, pouvant tteidre, grâce à certains procédés, 1012Pa. Dans la nature, on observe également une gamme de pressions très étendue; Celle qui règne dans l'espace entre la Terre et le Lune est évaluée à 10-11Pa, à la surface de la Terre , la pression atmosphérique s'établit à environ 105Pa.