Problématique :Pourquoi les hublots des sous-marins sont-ils épais ?

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DATE : Lundi 03/12/18 et Jeudi 06/12/18 TproOL, M SERRE

LES TRANSPORTS 5 (T5) : COMMENT PEUT-ON SE DÉPLACER DANS UN FLUIDE ? FICHE ÉLÈVE 1/3

Problématique :

Pourquoi les hublots des sous-marins sont-ils épais ?

PARTIE I (5 minutes de réflexion).

Proposer une explication à la problématique. ANALYSER

…...

Appel 1 : appeler l'enseignant pour lui proposer votre explication.

CORRECTION DE L'ENSEIGNANT SI NÉCESSAIRE.

…...

PARTIE II. ANALYSER

Vous disposez du matériel ci-dessous.

• 1 pressiomètre (appareil qui mesure la pression) relié à un tuyau lui-même scotché à une règle de 30 cm

• 1 éprouvette graduée 250 mL

• de l'eau du robinet

• 1 ordinateur avec LibreOffice.

Proposer un protocole expérimental permettant de vérifier votre explication (ou celle de l'enseignant).

…...

Appel 2 : appeler l'enseignant pour lui proposer votre protocole puis appliquer votre protocole ou celui de l'enseignant.

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LES TRANSPORTS 5 (T5) : COMMENT PEUT-ON SE DÉPLACER DANS UN FLUIDE ? FICHE ÉLÈVE 2/3

PARTIE III.

PROTOCOLE FOURNI PAR L'ENSEIGNANT

III.1. Préparation de la partie "Ordinateur" du TP. RÉALISER (TIC)

• Allumer l'ordinateur et ouvrir un nouveau fichier "Classeur" LibreOffice.

• Dans la première colonne du tableau, écrire "Profondeur en cm" puis 0 puis 5 puis 10, 15, 20, 25, 30.

• Dans la deuxième colonne du tableau, écrire "Profondeur en m" et convertir la première colonne.

• Dans la troisième colonne du tableau, écrire "Pression en Pa" (Pascal).

• Dans la quatrième colonne du tableau, écrire "Pression en hPa" (hectoPascal).

• Ajuster la taille des colonnes.

III.2. Préparation de la partie "Physique" du TP. RÉALISER

• Remplir l'éprouvette graduée d'eau du robinet (jusqu'au bas du bec verseur).

• Vérifier que le tuyau est relié au Pressiomètre et qu'il est correctement scotché sur la règle (le bout du tuyau devant être au 0 de la règle).

• Mettre le bout du tuyau juste au-dessus de l'eau et remplir la première case de la quatrième colonne.

III.3. Exécution du TP. RÉALISER

• Tous les 5 cm de profondeur, mesurer la pression de l'eau et la noter dans le tableur dans la bonne colonne.

III.4. Tracé des points (vu en AP). RÉALISER (TIC)

• Sachant que 1 hPa = 100 Pa (= 1 mbar), compléter la colonne libre du tableur.

• Faire apparaître le nuage de points sur un repère d'abscisse, la profondeur en m, et d'ordonnée, la pression en Pa.

Remarque : penser à mettre le titre du graphique et les titres des axes.

III.5. Questions.

a) Comment les points vous semblent-ils ? Que pouvez-vous alors faire sur le graphique ? ANALYSER + COMMUNIQUER

…...

b) Rajouter sur votre graphique votre courbe de tendance et noter son équation (vu en AP).

RÉALISER (TIC) + COMMUNIQUER

…...

Appel n°3 : appeler l'enseignant pour lui montrer votre graphique et vos réponses.

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PARTIE IV.

IV.1. La relation fondamentale de l'hydrostatique.

La formule qui donne la différence de pression entre deux points A et B du fluide séparé d'une hauteur h est : PB – PA = ρgh PB est la pression au point B en Pascal ; PA est la pression au point A en Pascal ;

ρ (lettre grecque rhô) est la masse volumique du fluide en kg/m³ ; g est l'intensité de pesanteur terrestre qui vaut 9,81 m/s² ;

h est la différence de hauteur ou profondeur entre les points A et B.

IV.2. Application de la relation fondamentale de l'hydrostatique.

a) Quelle hauteur de mercure liquide correspondrait à une variation de pression de 1013,5 hPa ?

Donner la réponse en mm. "RÉALISER"

La masse volumique du mercure est : ρmercure = 13545,88 kg/m³.

…...

b) Evangellisata Toricelli ( Physicien et mathématicien italien, 1608-1647) et le vide . Le nom de Torricelli est resté associé dans l’histoire au premier baromètre à mercure, cette colonne de 76 cm environ dont la hauteur précise nous renseigne sur la pression atmosphérique et donc

indirectement sur les caprices du temps à venir.

A Florence, dans les années 1640, les fontainiers ont une unique préoccupation : réussir à aspirer l’eau à plus de dix mètres au dessus du niveau du fleuve Arno et malgré les efforts conjugués des grands ingénieurs de l’époque, on n’y parvient pas ! En désespoir de cause, ils se tournent vers Galilée, déjà

reconnu en son temps comme un grand savant, mais qui hélas meurt en 1642 sans avoir résolu le problème. Torricelli est alors le secrétaire de Galilée, à qui il succédera comme professeur de philosophie et de mathématiques. Il décide de reprendre à son compte les interrogations du maître Galilée et de nombreux autres savants de l’époque : qu’est ce qui empêche l’eau de monter au-delà d’une certaine hauteur ? Comprendre, c’est expérimenter ! Mais on ne manipule pas aisément des colonnes d’eau de 10 m. Torricelli a alors l’idée de remplacer l’eau par un liquide beaucoup plus lourd, en l’occurrence le « vif-argent » (le mercure).

Son expérience

Il remplit complètement un tube de mercure, le bouche avec le doigt pour empêcher l’air de rentrer et le renverse sur un bassin, lui aussi rempli de mercure. Il constate alors que le tube ne se vide pas complètement dans le bassin mais qu’une colonne de mercure - de 76 cm - reste dans le tube. Sur la surface de base du tube s’exercent deux forces qui se

compensent exactement : le poids de la colonne qui tendrait à faire descendre le mercure dans le bassin et la force exercée par l’air qui appuie sur le liquide et qui empêche la colonne de mercure de se vider. Cette force qu’exerce l’air par unité de surface, c’est la pression atmosphérique.

Si le mercure est remplacé par de l’eau, la force exercée par l’air sur la base du tube équivaut au poids d’une colonne de 10m. D’où la limite physique - et non technologique - à laquelle se heurtaient les fontainiers

!

C’est une trentaine d’années plus tard en 1676 que l’Académie des Sciences rendra hommage à Torricelli en baptisant son invention du nom de baromètre de Torricelli. Entre temps, Pascal se sera aussi intéressé à la notion de pression atmosphérique, notamment en faisant des mesures avec le baromètre à différentes altitudes. Tous deux ont donné leur nom à une unité de pression : le torr (correspondant à une élévation de 1 mm de la colonne de mercure) et le Pascal (la pression atmosphérique est proche de 100 000 Pa).

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