Mécanique
Mécanique des Fluides
Étude expérimentale de la statique et de la dynamique des fluides : pression, poussée d'Archimède, écoulement et loi de Bernoulli.
Introduction
La mécanique des fluides traite du comportement des liquides et des gaz. L'ECE permet de vérifier la loi fondamentale de la statique des fluides, de mesurer la poussée d'Archimède, d'étudier les écoulements et de vérifier le théorème de Bernoulli. Ces notions sont essentielles pour comprendre le vol des avions, la circulation sanguine ou l'hydraulique.
Contenu détaillé
1. Statique des fluides
- •Pression dans un fluide : P = P₀ + ρgh (loi fondamentale de la statique)
- •La pression augmente avec la profondeur (10 m d'eau ≈ 1 atm)
- •Poussée d'Archimède : F_A = ρ_fluide × V_immergé × g
- •Condition de flottaison : F_A = Poids ⟹ ρ_objet < ρ_fluide
2. Dynamique des fluides
- •Débit volumique : D = S × v (conservation du débit, S₁v₁ = S₂v₂)
- •Théorème de Bernoulli (fluide parfait incompressible) : P + ½ρv² + ρgz = constante
- •Effet Venturi : quand la section diminue, la vitesse augmente et la pression diminue
- •Nombre de Reynolds : Re = ρvD/η (laminaire si Re < 2000, turbulent si Re > 4000)
3. Protocole expérimental type
- •Mesurer la poussée d'Archimède avec un dynamomètre (dans l'air puis dans l'eau)
- •Vérifier la loi de la statique des fluides avec un manomètre à différentes profondeurs
- •Étudier l'écoulement dans un tube de Venturi : mesurer les pressions en différents points
- •Observer la transition laminaire/turbulent en injectant du colorant (expérience de Reynolds)
Matériel expérimental
Dynamomètre
Mesurer la force (poids dans l'air et poids apparent dans l'eau)
Manomètre
Mesurer la pression en différents points d'un fluide
Tube de Venturi
Visualiser la relation entre section, vitesse et pression
Éprouvettes et liquides de densités variées
Étudier la flottabilité et la poussée d'Archimède
Vocabulaire
Pression : Force par unité de surface : P = F/S en pascals (Pa), 1 atm = 101 325 Pa
Poussée d'Archimède : Force verticale ascendante exercée par un fluide sur un corps immergé
Débit volumique : Volume de fluide traversant une section par unité de temps : D = S × v (m³/s)
Nombre de Reynolds : Nombre sans dimension caractérisant le régime d'écoulement (laminaire ou turbulent)
Sujets type Bac ECE
- 1Mesurer la poussée d'Archimède et en déduire la masse volumique d'un solide
- 2Vérifier le théorème de Bernoulli sur un tube de Venturi
- 3Déterminer le régime d'écoulement d'un fluide en fonction du débit
