Science et technologie s1130

Les principes d'Archimède, de Pascal et de Bernoulli

Trois principes importants décrivent le comportement des fluides:

Le principe d’Archimède

Le principe d'Archimède stipule qu'un objet plongé dans un fluide subit une force de poussée vers le haut dont la force est égale au poids du fluide déplacé par l'objet.

Ainsi, tout corps introduit dans un fluide subit une poussée vers le haut qui serait proportionnelle au poids du fluide qu'il déplace. Le fluide exerce une force, nommée «poussée d'Archimède», qui nous donne souvent l'impression que les objets sont moins lourds lorsqu'ils sont immergés dans un fluide.

En fait, il existe trois situations possibles :

  • Le poids de l'objet peut être supérieur à celui du liquide qu'il déplace. Dans ce cas, la force de poussée est plus faible que la force gravitationnelle |(F_{p} < F_{g})|, le mouvement qui en résulte est dirigé vers le bas et l'objet coulera vers le fond.

  • Le poids de l'objet est égal au poids du liquide qu'il déplace. Dans ce cas, la force de poussée est égale à la force gravitationnelle |(F_{p} = F_{g})|. Ainsi, la force résultante est nulle et l'objet se maintient à la profondeur où il est.

  • Le poids de l'objet est inférieur à celui du liquide qu'il déplace. Dans ce cas, la force de poussée est plus grande que la force gravitationnelle |(F_{p} > F_{g})|. Le mouvement résultant est alors dirigée vers le haut; l'objet remonte vers la surface.

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On doit prendre en considération la pression exercée par l'objet lorsque l'on détermine la poussée d'Archimède.
Si on prend une boule de pâte à modeler, elle va couler vers le fond, car son poids est concentré sur une petite surface de contact.
Or, si on prend la même boule de pâte à modeler et que l'on moule une forme de coque de navire, elle flottera sur l'eau, car son poids est répandu sur une plus grande surface de contact.

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Le principe de Pascal

Le principe de Pascal définit qu'une augmentation de pression dans un fluide en milieu fermé est répartie uniformément dans toutes les directions.

Si l'on gonfle un ballon, l'air (le fluide qui exerce une pression) se répartit uniformément dans tout le ballon.

Ce principe est utilisé dans les vérins hydrauliques. Ces mécanismes permettent de soulever des grandes charges (comme une voiture). En exerçant une petite force sur un petit piston (à gauche), une force plus grande sur le grand piston est généré.
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Le principe de Bernoulli

Le principe de Bernoulli définit que plus la vitesse d'un fluide est grande, plus la pression est petite.

Le principe de Bernoulli est utilisé dans le fonctionnement de l'aile d'un avion. C'est la différence de profil entre le dessus et le dessous de l'aile qui influence la vitesse de l'air, créant ainsi une différence de pression qui permettra la portance de l'avion. 
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En-dessous, la vitesse de l'air ne subit aucune influence étant donné le profil plat de l'aile. À l'inverse, le profil bombé de l'autre côté de l'aile fait parcourir une plus grande distance à l'air, ce qui en augmente la vitesse. Cette augmentation de la vitesse crée une zone de basse pression. Cette différence de pression (pression normale au-dessous de l'aile et basse au-dessus) provoque une force vers le haut et permet à un avion de voler.

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