votre classe

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Le 27 mai 2020

Bonjour à tous,

J’espère que vous allez tous bien ainsi que vos proches.

Je souhaite que vous répondiez d’abord au quiz concernant le chapitre : « poids et masse ». Il faut utiliser le lien suivant https://b.socrative.com/login/student/ puis indiquer dans le room name « BAUDOIN3567 ». Il faudra indiquer d’abord

votre classe

suivie de

votre nom

et votre prénom, mais pas de stress, ce sont juste des exercices. Ceci me permet de savoir si chacun reçoit bien les informations et si vous ne rencontrez pas trop de difficultés.

Comme vous le savez, un certain nombre d’entre vous sont rentrés à l’école par petits groupes. Nous avons/allons donc démarrer un nouveau chapitre sur la pression. Nous avons décidé de privilégier ce chapitre car il fait partie intégrante du premier thème qui sera abordé l’année prochaine. Néanmoins, il est fort probable que nous n’ayons pas l’occasion de le voir dans son intégralité étant donné le petit nombre de périodes de cours restant (environ 6 périodes par groupes).

Je mets donc à disposition ce chapitre à la suite de ce courrier. Je vous fournirai également une version complétée prochainement.

Je tiens à rappeler à nouveau que toutes les notions vues après le 15 mars ne seront pas évaluées de manière certificative. Néanmoins, je vous invite à travailler régulièrement afin de faciliter la reprise et la poursuite des cours en troisième. En effet, cette matière sera revue au début de l’année prochaine et ce sera plus facile pour vous de l’avoir déjà travaillée !

Je reste également disponible via mon adresse email pour toutes questions.

Bon travail et surtout, prenez soin de vous et des autres !

F. Baudoin

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Chapitre 10 : la pression

1. Les facteurs influençant la pression exercée par les solides

1.1 Mise en situation

Lors d’un mariage, un couple et leur enfant dansent sur la piste. Le père est un homme costaud et la mère est plutôt petite.

En dansant et sans le faire exprès, tous les deux lui marchent dessus avec leur talon.

1.2 Proposition de pistes

À ton avis, dans quel cas l’enfant a-t-il eu le plus mal ? Pourquoi ?

• …...

1.3 Sélection des pistes

• …...

1.4 Vérification des pistes

Invente deux expériences permettant de vérifier les deux pistes sélectionnées.

Attention, tu ne peux faire varier qu’un seul facteur à la fois.

Tu possèdes ce matériel : trois briques et un bac rempli de farine (ou de sable fin).

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• Importance de ………..

a) Schéma :

b) Protocole :

…...

...…...

…...

...…...

c) Observations :

…...

...…...

d) Conclusions :

…...

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• Importance de ………..

a) Schéma :

b) Protocole :

…...

...…...

…...

...…...

c) Observations :

…...

...…...

d) Conclusions :

…...

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1.6 Concept

L'enfoncement d'un objet dépend de sa surface de contact et de la force exercée sur cette surface, la grandeur liant ces deux facteurs s'appelle la pression.

➢ Définition :

Une pression est …...

…...

➢ Formule :

On symbolisera la pression par « p », la force pressante par « F », et la surface pressée par « S ».

Si F est doublée, alors p est …...

Si S est doublée, alors p est …...

P =

La grandeur de la pression (p) est le résultat du rapport de l'intensité de la force (F) par l'aire de la surface (S) sur laquelle elle s'exerce.

➢ Unités :

* La force pressante (F) se mesure en …...

* La surface pressée (S) se mesure en …...

* L'unité de la pression sera donc le …... : c'est le Pascal (Pa)

Le Pascal est l'unité internationale de la pression qui correspond à une force d’un Newton qui agit perpendiculairement de manière uniforme sur une surface d'un mètre carré.

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1.7 Applications concrètes

a) Pourquoi coupe-t-on du bois avec une hache et pas avec un marteau ?

………

b) Pourquoi avoir donné cette forme au socle de la statue de la

liberté ?

………

c) Quelle partie de l’aiguille s’enfonce en premier dans la peau ? Mets-la en couleur.

d) Pourquoi ne fait-on pas des économies lorsque l’on crée une voie de chemin de fer en déposant directement les rails sur le sol ? Quel est donc le rôle des billes de chemin de fer ?

………

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e) Pourquoi les souliers de football sont-ils munis de crampons ?

…...

f) Si je me trouve sur un lac gelé, ai-je intérêt à me coucher et ramper ou à courir à toutes jambes pour éviter que celle-ci ne se brise ? Explique.

…...

i) Dans chacun des cas suivants, indique par une flèche si la force augmente (↑), si elle diminue (↓) ou si elle ne varie pas (=). Fais de même pour la surface et la pression.

Situation Force Surface Pression

On aiguise un couteau.

Une femme ôte ses pantoufles et chausse des talons aiguilles.

On chausse les skis que l'on transportait sur son dos.

On se charge d'un sac à dos.

j) Utiliser la méthode D.I.F.R. pour résoudre les exercices suivants.

• Quelle est la pression exercée par une force de 400N sur une surface de 0,5m² ?

• Quelle est la pression exercée par une force de 40N agissant sur une surface de 0,01m² ?

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2. La pression atmosphérique

2.1 Rappel

L'air est partout autour de nous, mais on ne s'en rend pas toujours compte car on ne le voit pas.

Nous pouvons donc dire que l'air est une matière et nous pouvons dès lors rappeler ses caractéristiques.

L'air est un …... car il est constitué de molécules …...

C'est un mélange …... car on ne peut pas distinguer les différents constituants.

2.2 Mise en situation

Complète les bulles vides de cette bande dessinée

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• Observations :

…...

• Question que l'on se pose :

…...

• Proposition de pistes :

…...

Nous devons donc trouver une réponse à la question posée, pour ce faire nous allons réaliser quelques expériences !

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2.3 Tu ne manques pas d'air...

Regardons une manipulation en vidéo que l'on peut trouver sur le site de universcience.tv.

Que nous apprend cette vidéo ?

…...

Nous constatons donc que l'œuf est entouré d'air. L'air étant pesant, il exerce une pression sur toute surface en contact avec lui.

La pression due au poids de l'air est appelée …...

2.4 Quelques manipulations a) À l'en-verre !

Remplissons un verre d'eau à ras bord, recouvrons-le d'une feuille de papier et retournons-le.

Qu'observons-nous ?

…...

Réalise un schéma de cette expérience.

Quelles sont les pressions qui agissent sur la feuille ? Compare-les.

…...

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c) Si tu me presses, je me fixe !

Appliquons une ventouse légèrement humide sur une lame de verre.

Que constates-tu ?

…...

Pourquoi ?

…...

Réalise un schéma :

Que se passe-t-il si l'on réintroduit de l'air sous la ventouse ? Pourquoi ?

…...

On incline la lame de verre dans toutes les directions.

Que constates-tu ?

…...

Quelle conclusion peut-on en tirer ?

…...

L'atmosphère exerce sur tous les corps une pression appelée …...

qui s'exerce dans toutes les …... et sur toutes les …...

d'un objet de façon identique.

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2.5 Résolution de la mise en situation

À l'aide de ce que nous venons d'apprendre nous pouvons expliquer pourquoi l'œuf entre dans l'erlenmeyer.

Réalise un schéma en veillant à indiquer les flèches représentant les forces exercées.

Avant d'enflammer un morceau de coton. Après avoir enflammer un morceau de coton.

Pourquoi l'œuf n'entre-t-il pas ?

…...

Pourquoi l'œuf entre-t-il ?

…...

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2.6 Comment mesurer la pression atmosphérique ? a) Un peu d'histoire

Un énorme problème a longtemps tourmenté les communautés minières européennes du XVII^e siècle : par un étrange mystère, il était impossible de pomper les eaux d'infiltration profondes de plus de 10 mètres, même avec les pompes les plus puissantes de l'époque. On consulta Galilée, en Italie, au sujet de ce phénomène étrange. Le maestro savait que l'air avait un poids. Il l'avait déjà déterminé expérimentalement en pesant une ampoule de verre d'abord fermée dans les conditions normales, puis après avoir comprimé de l'air à l'intérieur. Ce n'est qu'après la mort de Galilée que son assistant, Evangelista Torricelli, fut capable de reconnaître que les deux effets, apparemment sans rapport, étaient en réalité liés (1643).

Torricelli scella adroitement l'une des extrémités d'un tube en verre de 2m de long, le remplit de mercure, boucha avec son doigt l'autre bout du tube, le retourna, le plongea dans une cuve pleine de mercure et retira alors son doigt.

Au début, du mercure coula du tube dans la cuve mais s'arrêta lorsque le niveau de mercure dans le tube fut d'environ 76cm plus haut que celui dans la cuve, laissant le haut du tube apparemment vide. Aucune entrée d'air n'ayant pu se produire, l'espace dans le tube au-dessus du mercure était bel et bien « plein de vide ».

La pression de l'air exerce une force à la surface libre du mercure de la cuve et le pousse à l'intérieur du tube jusqu'à une certaine hauteur, telle que la pression exercée par le mercure du tube sur celui de la cuve est égale à celle de l'atmosphère.

Autrement dit, la pression est égale au niveau de la surface libre du mercure, tant dans le tube qu'en dehors. La hauteur de mercure dans le tube apparaît comme une mise en évidence de la pression atmosphérique. Torricelli a construit ainsi le premier baromètre à mercure.

HECHT E., Physique, Bruxelles, De Boeck & Larcier, 1999, p. 398-399.

En bon disciple de Galilée, Torricelli flaira que les forces à vaincre pour pomper un liquide de 10m de profondeur dépendaient non seulement de la hauteur mais de la densité du liquide. Il eut alors l'idée de remplacer l'eau par du mercure, liquide 13,6 fois plus dense : pour avoir le même poids qu'une colonne d'eau de 10m, une colonne de mercure de même diamètre doit être 13,6 fois moins haute : environ 75cm. C'est plus facile à manipuler en laboratoire.

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b) Les différents baromètres

Le baromètre de Torricelli ou baromètre à mercure est constitué d'un tube en verre en forme de J haut d'au moins 80cm. L'extrémité supérieure est fermée tandis que l'inférieure est ouverte afin de permettre le contact avec l'air.

Le baromètre anéroïde ou baromètre à cadran est un baromètre constitué d'une boîte métallique à parois souples dans laquelle on fait le vide d'air. Pour éviter que celle-ci ne s'écrase, un ressort maintient les parois écartées.

Lorsque la pression atmosphérique augmente, le ressort s'écrase et la déformation est communiquée jusqu'à une vis qui fait tourner une aiguille indiquant la pression exercée.

Le baromètre électronique est composé d'une puce qui mesure la pression atmosphérique.

L'intérêt de ce baromètre est qu'il peut indiquer l'historique des pressions des heures et jours précédents.

Le savais-tu ?

- La pression atmosphérique moyenne à une hauteur de 760 mm de mercure, ce qui correspond à 1013 millibars (ancienne unité).

- L'unité internationale utilisée actuellement correspond donc à une pression de 1013 hectopascal.

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c) L'influence de l'altitude

Comment se fait-il que l'altitude influence la pression atmosphérique ?

…...

Devoir : réalisation d'un graphique Consignes :

- à réaliser sur une feuille quadrillée ou millimétrée ;

- le titre est « Devoir n° : influence de l'altitude sur la pression atmosphérique » ; - tracer deux axes perpendiculaires orientés et placer les origines des axes ; - choisir une échelle pour chaque axe et l'indiquer clairement à côté du graphique ; - graduer les axes en fonction de l'échelle ;

- indiquer sur les axes les grandeurs et les unités utilisées ;

- reporter les valeurs sur les axes et placer les points d'intersection sur le graphique ; - relier les points à main libre.

Altitude en kilomètres

Pression atmosphérique en

mm de mercure 0

1 3 5 88 14 18 22 25

760 670 500 380 250 100 50 30 20

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d) La pression atmosphérique varie d'un endroit à un autre, mais aussi d'heure en heure

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• Sur la carte, colorie en bleu le centre d'une zone de dépression et en rouge le centre d'une zone d'anticyclone.

• Si on se trouve dans une zone D, quel temps peut-on avoir ?

...

• Dans quel sens se déplacent les vents ?

…...

• Comment représente-t-on les différentes pressions atmosphériques sur une carte météo ?

…...

• Quel temps fera-t-il s'il fait 985 hPa ?

…...

2.7 Synthèse

➢ L'air a un poids qui induit la pression atmosphérique.

➢ La pression atmosphérique est la pression qu'exerce l'atmosphère terrestre sur la surface de tous les corps et dans toutes les directions.

➢ Comme c'est une pression, elle se mesure en pascals.

➢ Le baromètre est l'instrument qui mesure la pression atmosphérique.

➢ La pression atmosphérique est influencée par deux facteurs : - elle varie en fonction de l'altitude.

- elle varie d'un endroit à un autre et d'un moment à un autre.