LES TRANSPORTS 5 (T5) :COMMENT PEUT-ON SE DEPLACER DANS UN FLUIDE ?TP2 : Pourquoi les hublots des sous-marins sont-ils épais ? Durée : 45 min. Noté sur 10.

(1)

NOMS DU BINOME : 1proOL, M SERRE

LES TRANSPORTS 5 (T5) :

COMMENT PEUT-ON SE DEPLACER DANS UN FLUIDE ?

TP2 : Pourquoi les hublots des sous-marins sont-ils épais ? Durée : 45 min. Noté sur 10.

FICHE ELEVE

Capacités visées :

• Mesurer la pression d'un liquide en un point.

• Déterminer expérimentalement les variations de pression au sein d'un fluide.

• Utiliser la formule PB - PA = ρgh Connaissances visées :

Matériel :

• 1 pressiomètre relié à un tuyau lui-même scotché à une règle de 30 cm.

• 1 éprouvette graduée 250 mL.

• 1 ordinateur avec LibreOffice.

I) Préparation de la partie "Ordinateur" du TP : (SUR 1,75)

• 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.

II) Préparation de la partie "Physique" du TP : (SUR 0,75)

• Remplir l'éprouvette graduée d'eau du robinet (jusqu'au 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.

Appel n°1 : appeler l'enseignant pour lui montrer votre préparation "Ordinateur" et "Physique".

III) Exécution du TP : (SUR 2)

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

IV) Tracé des points : (SUR 1,75)

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

• Sélectionner les nombres des deuxième et troisième colonnes. A l'aide de l'outil "Diagramme" puis

"XY (dispersion)" placer les points sur un repère d'abscisse, la profondeur, et d'ordonnée, la pression.

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

Appel n°2 : appeler l'enseignant pour lui montrer votre tableur rempli et vos points tracés dans le repère V) Questions : (SUR 2,75)

1. Quelle est l'allure du résultat obtenu ?

…...

2. On veut modéliser la courbe obtenue par une droite d'équation Pm = ah + b. Pour cela : a) Double cliquer sur le graphique afin qu'il soit encadré en gris (il est alors sélectionné) ; b) Sur un des points, cliquer avec le bouton droit pour insérer une courbe de tendance ; c) Choisir la bonne courbe de tendance et afficher l'équation.

d) Recopier les valeurs obtenues pour a et b : a = …... ; b = …...

e) A quoi correspond la valeur de b ?

…...

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

(2)

NOMS DU BINOME : 1proOL, M SERRE

LES TRANSPORTS 5 (T5) :

COMMENT PEUT-ON SE DEPLACER DANS UN FLUIDE ?

TP2 : Pourquoi les hublots des sous-marins sont-ils épais ? Durée : 45 min. Noté sur 10.

3. Autour de 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 où ρ est la masse volumique du fluide ;

g est l'intensité de pesanteur terrestre qui vaut 9,81 m/s²

A l'aide de la valeur de a trouvée sur l'ordinateur, calculer la masse volumique de l'eau ou de l'eau salée selon votre TP (détailler les calculs) :

ρeau = …...kg/m³

VI) Application de la relation fondamentale de l'hydrostatique : (SUR 1)

1. Quelle hauteur de mercure liquide correspondrait à une variation de pression de 1013,5 hPa ? Donner la réponse en mm.

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

…...

2. 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 succèdera 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).

Appel n°4 : ranger votre paillasse et appeler l'enseignant pour lui rendre vos deux feuilles.