Tension superficielle - Mesures - Gerris

[Gaubeu]

Bonsoir,

Je travaille pour mes TPE sur la tension superficielle et le gerris. J’étudie notamment les méthodes du calcul du coefficient de la tension superficielle d'un liquide. On a Y=Fl où
Y= le coefficient de la tension superficielle en N/m,
l la longueur de la surface en contact avec le liquide,
F la force exercée par la tension superficielle

Ces différents liens montrent comment calculer le coefficient Y:
http://prntscr.com/a8ep8s
http://fbruneau3.free.fr/bts1/tp2-te...erficielle.pdf
http://www4.ac-nancy-metz.fr/physiqu...ension_sup.htm
http://eduscol.education.fr/rnchimie...hys_ts1_19.pdf

Le problème, c'est que sur ces différentes explications, la force exercée par la tension superficielle est dirigée vers le bas. Je ne comprends donc pas pourquoi le gerris peut se maintenir à la surface de l'eau. Toutes les forces qui s'exercent sur lui sont dirigées vers le bas (Poids, F tension superficielle). S'agit-il d'une force de réaction ?

Merci de m'éclairer !
-----

[LPFR]

Bonjour et bienvenu au forum.
Il est vrai que dans les exemples que vous avez choisis, les forces dues à la tension superficielle sont dirigées vers le bas.
Regardez les deux premières images de la page de Wikipedia dédiées à la tension superficielle.
Les forces dues à la tension superficielles sont toujours dirigées pour minimiser l’énergie totale, tout en respectant les angles de contact.

En cherchant rapidement, je n’ai rien trouvé de correct en français. Je vous ai trouvé ce site en anglais :
https://cnx.org/contents/Ax2o07Ul@8....esion-in-Liqui
Au revoir.

[Gaubeu]

Merci beaucoup pour votre réponse!
Les exemples que j'ai choisi seraient donc faux ? Sur wikipedia, la résultante des forces se dirige vers le haut, alors pourquoi ils disent que le liquide tend à minimiser l'énergie de surface. J'ai compris cette dernière notion, mais pour l'appliquer, il faut admettre que la résultante des forces est dirigée vers le bas ...
Le lien que vous m'avez envoyé est très parlant, merci ! Après, je ne comprends toujours pas pourquoi cette force est dirigée vers le haut...

[LPFR]

Merci beaucoup pour votre réponse!
Les exemples que j'ai choisi seraient donc faux ? Sur wikipedia, la résultante des forces se dirige vers le haut, alors pourquoi ils disent que le liquide tend à minimiser l'énergie de surface. J'ai compris cette dernière notion, mais pour l'appliquer, il faut admettre que la résultante des forces est dirigée vers le bas ...
Le lien que vous m'avez envoyé est très parlant, merci ! Après, je ne comprends toujours pas pourquoi cette force est dirigée vers le haut...

Re.
NON !
La résultante des forces est dirigée dans la direction qui diminue l’énergie du système.
Rien à voir avec haut ou bas.
A+

[A voir en vidéo sur Futura]

[Gaubeu]

Comment ça ? Je n'ai pas réellement compris cette partie, c'est légèrement confus pour moi :/ ... Imaginons un bocal d'eau. Rien n'est posé à sa surface. La force exercée par la tension superficielle est dirigée où ? Si l'on pose un objet dessus, où est dirigée cette force ? En fait la question que je me pose c'est pourquoi sur ce schéma, la résultante des forces est vers le bas ... http://prnt.sc/a8in19 Sommes nous d'accord sur ce point ?

[iori]

Sur ce schema il n'y a pas de forces...
La tension de surface est dirigé parallèlement à l'interface.

[Gaubeu]

Ce sont des forces attractions entre les molécules. Si l'on additionne l'ensemble des forces en surface, elles sont dirigées vers le bas non ? Et puis même, si la tension de surface est dirigée parallèlement à l'interface, comment le gerris utilise cette force ? Peut-on dire que la force exercée par la tension superficielle compense le poids P ? Ainsi, c'est comme lorsqu'un livre est posé sur une table, on a Ftable/livre = Flivre/table ?

[Gaubeu]

En réalité, j'aimerais bien connaître l'origine de la force Ft représenté sur ce document: https://cnx.org/contents/Ax2o07Ul@8....esion-in-Liqui Pouvez-vous m'expliquer les schémas de la figure 2 svp ?
Merci

[Gaubeu]

"FST is a restoring force (surface tension) parallel to the surface." Je suis entièrement d'accord avec cela, mais alors pourquoi le vecteur est dirigé vers le haut ? Comment compense-t-il le poids ?

[Resartus]

La résultante de toutes les forces dans l'eau équivaut à une force tangentielle à la surface. Imaginez une sorte de tissu. En tout point, cette force tend à rapprocher les bords du tissu. Elle est donc orientée en biais mais vers le haut pour les molécules d'eau du bas, et vers le bas pour les molécules d'eau du haut.
Si maintenant on regarde l'ensemble de ces forces, imaginez cela comme une corde tendue autour d'une poulie. La tension dans la corde est partout la même, mais il suffit pour calculer la résultante de s'intéresser à l'effet de cette tension à l'endroit où la corde ne touche plus la poulie,

[Gaubeu]

Merci beaucoup pour votre réponse ! Toutefois, je ne comprends pas pourquoi ''cette force donc vous parlez est orientée en biais mais vers le haut pour les molécules d'eau du bas, et vers le bas pour les molécules d'eau du haut. ''
En fait je sais que la surface est rigidifiée puisque les molécules de surface n'ont pas de molécules au dessus d'elles pour equilibrer les forces qui les entrainent vers l'interieur du liquide. Elles mettent donc plus d'energie dans le plan horizontal d'où le tissu'. Toutefois, je n'ai toujours pas compris l'origine de la force Ft.
Merci pour vos réponses, cela m'aide beaucoup !

[Gaubeu]

Par contre les molécules à la surface sont attirées par celles à côté et celles en dessous d'elles. Donc il y a bel est bien une force dirigée vers le bas non ?

[iori]

C'est une question qui est loin d'être triviale.
Pour faire vite il faut prendre en compte la pression dans le liquide. La résultante de pression+déficit à la surface est dirigé parallèlement a la surface.

Si tu veux un lien complet en anglais: https://www.pmmh.espci.fr/fr/morphod..._AJP000999.pdf

[YobiTrix]

Imaginons un bocal d'eau

bonjour,
imaginons une "bille d'eau" en apesanteur dans la station spatiale
considérant la surface d'une sphère d'eau, dites nous si les forces sont orientées vers le haut ou vers le bas, sur un point quelconque de la sphère ?
à bientôt

[Resartus]

Je ne comprends plus quelle est la partie que vous ne comprenez pas.
Si c'est comment on passe d'une force volumique à une résultante tangentielle, voir le lien proposé plus haut

Si c'est comment on passe d'une force superficielle à une résultante vers le haut, prenez l'analogie de la poulie :
En tout point de la surface au contact de la poulie, le petit bout de corde dl subit deux forces de tension "presque" tangentielles. Comme il y a un petit angle dl/R, la résultante n'est pas tout à fait nulle, mais l'équilibre est assuré par une force de pression dF exercée par la poulie perpendiculairement à l'axe. Quand on intègre tout cela sur le pourtour de la roue en contact avec la corde, la somme de ces dF donne une force exercée par la poulie vers le bas, qui compense les deux forces de tension sur la corde vers le haut

Dans le cas de l'aiguille posée sur le fluide, c'est la même chose, le poids de l'aiguille exerce une pression sur chaque petit élément de fluide à son contact, qui est compensée par la résultante des forces superficielles sur cet élément de fluide, et quand on intègre sur toute la surface de l'aiguille au contact, le poids de l'aiguille compense la résultante de toutes ces tensions superficielles.

Le calcul de cette résultante est le plus facile à faire à l'endroit où le fluide cesse d'être en contact avec l'aiguille (mais il faut arriver à mesurer l'angle, ce qui n'est pas très facile)

Ailleurs, c'est plus compliqué : comme signalé par iori il faut prendre en compte la variation de pression (archimède) pour trouver la forme exacte du menisque entre ce point de contact aiguille/fluide et la partie horizontale du fluide

[Gaubeu]

Le truc, c'est que cela doit rester dans le cadre de TPE, c'est à dire d'un niveau 1ère. Je veux pas trop m'éloigner de cela. Comment puis-je justifier, que la force exercée par la tension superficielle, est exercée sur le gerris, donc vers le haut, en compensant son poids. De plus cette force est proportionnelle à l'ensemble des poils du gerris en contact à l'eau

[Gaubeu]

Le truc, c'est que cela doit rester dans le cadre de TPE, c'est à dire d'un niveau 1ère. Je veux pas trop m'éloigner de cela. Il y a beaucoup de notions que vous évoquez que je ne suis en capacité de comprendre. Comment puis-je justifier, que la force exercée par la tension superficielle, est exercée sur le gerris, donc vers le haut, en compensant son poids. De plus cette force est proportionnelle à l'ensemble des poils du gerris en contact à l'eau.

[Resartus]

Vous avez déjà fait du trampoline? Si vous n'avez pas traversé, c'est bien que celui-ci exerce sur vous une force vers le haut quand vous êtes posé dessus... Et si votre voisin est à coté, lui aussi subit une force vers le haut. La membrane se courbe et l'effet de cette déformation est de faire en sorte que la résultante des tensions dans la membrane va avoir une composante vers le haut égale au poids subi.
Quelqu'un de plus lourd va déformer davantage la surface. Mais il arrivera un moment où celle ci se percera.
C'est la même chose avec la surface du liquide : elle se comporte comme une membrane tendue. Tant que la force demandée n'est pas trop élevé, la déformation s'adaptera pour juste compenser cette force.
Chacun des poils, s'ils ne soient pas trop proches l'un de l'autre, va subir cette force. Et l'astuce du gerris est de répartir son poids sur le plus possible de poils, pour réduire la force nécessaire sur chacun et rester dans les limites de ce que la tension superficielle peut fournir

[Gaubeu]

Génial, merci infiniment pour cette réponse explicite, simple et facile à comprendre ! Finalement, la force exercée vers le haut par la tension superficielle, est comme une force de réaction ? C'est comme si l'on pose un objet sur une table, La force exercée par la table sur cette objet compense le poids de l'objet ?
Dites moi si je me trompe: Pour résumer, les molécules de surface n'ont pas d'autres molécules de liquide "au-dessus" d'elles pour équilibrer les forces d’interaction qui les entraînent vers l'intérieur du récipient. Elles sont dans un état énergétique défavorable et vont pouvoir mettre un peu plus d'énergie dans le plan horizontal qu'ailleurs. La surface est donc dite rigidifiée. De plus, le gerris est au repos dans le référentiel terrestre supposé galliléen; Il est soumis à son poids P. Or d'après la 3ème loi de Newton, les "forces se produisent toujours par paires. Si l'objet A exerce une force F sur l'objet B, alors l'objet B exerce une force égale et opposée -F sur l'objet A " La force qui compense le poids correspond à la force exercée par la tension superficielle sur le gerris. Pour calculer cette force autrement, on multiplie le coefficient de tension superficielle Y par la longueur des poils du gerris en contact avec l'eau.

[Resartus]

Ce qui compte, ce n'est pas la longueur du poil mais la longueur du contact avec la surface de l'eau
Là ce serait la circonférence du poil.
Mais à la réflexion, je ne pense pas que les poils puissent être considérés comme independants, car ils sont trop proches les uns des autres. Il faut prendre en compte le périmètre de l'ensemble de la patte.
Les poils ont un autre rôle, bien plus important : empêcher que l'eau ne puisse mouiller la patte (parce que sinon, ce serait le contraire qui se produirait, qui est le cas habituel avec l'eau : menisque vers le haut, et force vers le bas).
Je suppose que vous avez des liens qui expliquent comment...