DM Physique Seconde - Force et Pression

[Filotub]

Bonjour, j'ai un DM de physique a rendre dans peu de jours et j'ai un problème. Voici l'énoncé :

Un astronautre doit effectuer une sortie afin de réparer le satellite. Il remplit sa réserve d'oxygène de 20L, avec 70 m3 d'oxygène pur ( soit 99.4 Kg). Les bouteilles sont considérées à témpérature ambiante. La pression dans la station est comparable à la pression atmosphérique.
Après quelques heures dans l'espace, il ne lui reste que 50 bar de gaz. Combien a-t-il consommé de gaz durant sa sortie ?

Le problème ici est que je ne sais pas s'il faut simplement faire 99.4 kg = 97 bar et 97 - 50 = 47 bar ou s'il faut utiliser la relation PV = n RT ? Et s'il faut l'utiliser comment faire svp ?

Ensuite, l'énoncé continue : la capsule censée ramener les astronautes sur terre, tombe dans l'eau et coule à une profondeur de 20 m. Heureusement elle est pourvue d'une bouée pour la ramener à la surface. Celle ci n'est pas gonflée entierement.
a . Calculer la pression que subit la capsule à cette profondeur

J'ai calculé P= rho gh = 1000x9.81x20 = 196200 Pa

b ( où je bloque ) 1 m3 d'air a été utilisé à 20m de profondeur, calculer le volume de la bouée à la surface, sachant que le gaz la remplit entièrement.
c. La porte de la capsule est un carré de 2m de coté. Jusqu'à quelle profondeur peut aller la capsule sans que la porte ne se casse sachant qu'elle apporte au maximum une force pressante de 3 000 000 N ?

Je voue remercie de votre aide
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[stefller]

Bonjour,

Les bouteilles sont considérées à témpérature ambiante.

La transformation est donc isotherme. Ceci implique PV=cst
Tu peux dans un premier temps calculer la pression initiale.
Une fois que tu as la pression initiale c'est toujours une transformation isotherme et tu peux calculer le volume final, tu auras donc la consomation.

99.4 kg = 97 bar

Comment trouves-tu cela?

b ( où je bloque ) 1 m3 d'air a été utilisé à 20m de profondeur, calculer le volume de la bouée à la surface, sachant que le gaz la remplit entièrement.

Ici tu utilises 1m3 d'air à la pression calculée à la question précédente. Lorsque la bouée remonte à la surface, la pression devient la pression atmosphèrique tu peux donc trouver le nouveau volume.

c. La porte de la capsule est un carré de 2m de coté. Jusqu'à quelle profondeur peut aller la capsule sans que la porte ne se casse sachant qu'elle apporte au maximum une force pressante de 3 000 000 N ?

Pour cette question il faut savoir que l'unité de pression équivaut à des N/m2. Tu connais la surface de la porte et la force qu'elle peut admettre, tu peux donc trouver la pression qu'elle peut subir.

[Filotub]

Bonjour, alors j'ai discute avec mon professeur et il m'a donné une petite aide : il m'a dit que les deux exercices sont independats les uns des autres , ensuite qu'il fallait utiliser les formules : p = rho g h ; PV=nRT et p=f/s a moi de trouver ou . Il m'a dit que dans l'exercice 1 l'oxygene est relevé de la station. Et enfin pour l'exercice 2 il m'a fit qu'il fallait en fait calculer le volume d'air dans la bouée. Ah oui . Aussi il m'a it que ma soustraction est fausse et qu'il fallait utiliser une des trois formules ci dessus.

Pour la derniere question c j'ai pense qu'on pourrait convertir 2m en 4m2 et calculer p= f/s= 3 000 000/ 4 =750000.
Ensuit on utilise la formule p= rho g h mais on inverse la formule donc h=Rho/pg et donc
H=1000 / 750000x 9.81 = 0.01308 : et le probleme est la! Le prof ma dit que ma methode est la bonne mais qu'il y a un probleme avec le resultat

[Filotub]

[QUOTE=stefller;4851718]Bonjour,

La transformation est donc isotherme. Ceci implique PV=cst
Tu peux dans un premier temps calculer la pression initiale.
Une fois que tu as la pression initiale c'est toujours une transformation isotherme et tu peux calculer le volume final, tu auras donc la consomation.

Pouvez vous me donner une precision svp ? Je ne sais pas comment calculer le volume avec pv=nrt j'ai un probleme pour manier cette formule.



Ici tu utilises 1m3 d'air à la pression calculée à la question précédente. Lorsque la bouée remonte à la surface, la pression devient la pression atmosphèrique tu peux donc trouver le nouveau volume.

Encore une fois comment je peux calculer le volume svp ? Merci beaucoup

[A voir en vidéo sur Futura]

[stefller]

Bonjour,

p= rho g h mais on inverse la formule donc h=Rho/pg

Etes-vous certain de votre équivalence???

Pouvez vous me donner une precision svp ? Je ne sais pas comment calculer le volume avec pv=nrt j'ai un probleme pour manier cette formule.

Quel problème rencontrez-vous?

Lorsque l'oxygène est injecté dans la bouteille: la manipulation c'est de prendre 70m3 d'oxygène à pression atmosphèrique et les mettre dans 20L à une certaine pression. Que se passe-t-il au niveau de la température et du nombre de mol? Ces grandeurs sont-elles diminuées, augmentées, inchangées entre l'état1 (70m3 d'oxygène à Patm) et l'état2 (l'oxygène contenu dans une bouteille de 20L à pression inconnue)

Encore une fois comment je peux calculer le volume svp ? Merci beaucoup

Même principe que ci-dessus.

[Filotub]

Oui je suis certaine c'est le prof qui m'a aide

Et donc on fait PV=nrt avec p1=pression inconnue v1 = 70m3 et p2 =pression atmospherique et v2= ?

[stefller]

Vous devriez reposer votre calcul
p= rho.g.h => h = ?????

vous dites h = rho/(p.g)
rho en [kg/m3]
p en [Pa]=[N/m2]=[kg/(m.s2)]
g en [m/s2]
h en [m]

soit rho/(p.g) en quelles unités?


On connaît p1 selon l'ennoncé et V2 (volume de la bouteille) selon l'énoncé également. On cherche p2.

Que se passe-t-il au niveau de la température et du nombre de mol? Ces grandeurs sont-elles diminuées, augmentées, inchangées

[Filotub]

Rho en kg/m3 , p en pascal et g en m/s

La temperature est ambiante et constante, il n'y a aucune indication sur le nombre de mol

[Filotub]

J'ai un petit probleme on cherche v2 et non p2 non ?

[stefller]

Oui autant pour moi.

- Pour résumer donc au moment de sa sortie l'astronaute à dans sa bouteille 50bar et le volume est celui de la bouteille (20L, ennoncé). Pour savoir combien il a consommé il faut savoir ce que cela représente à Pstation (= Patm). Car on sait qu'il est parti avec 70m3 d'oxygéne à Pstation(=Patm)
le nombre de mol n'est pas modifié car il n'y a pas d'oxygène ajouté ou enlevé. Soit nRT=cst donc PV=cst.
On peut écrire p1V1 = p2V2,
V2 = ?? (je vous laisse faire)


- Rho en kg/m3 , p en pascal et g en m/s
Allez plus loin quelle est l'unité du quotient :

[Filotub]

Donc si je comprends bien on a p1= patm = station = 101 325 pa
V1 = 70 m3 et donc p2 = ? C'est la que je bloque

- m3/ s2 ?

[stefller]

L'état 1 : oxygène dans la bouteille (p=50bar, V=Vbouteille)
L'état 2 : oxygène contenu dans la bouteille à Pstation (p=patm, V = ce qu'on cherche)

Or on sait que nRT=cte donc on peut écrire p1V1 = p2V2

Non ce n'est pas des m3/s2, en revanche on voit nettement que les secondes ne se simplifieront pas donc la formule n'est pas correcte car elle ne peut pas représenter une hauteur qui doit être en mètre.

[Filotub]

Oh d'accord ! Donc p1 = 50 bar ; v1 = 20 l ; p2= patm et v2 = ?/ patm = 101 325 pa = 1.01325 bar
P1/v1=p2/v2 donc v2 = 50 x 1.01325 / 20 = 2.5 litres ?

[stefller]

Presque....

La formule des gaz parfait c'est PV = nRT (nRT = cst, donc PV=cst)

P x V à l'état 1 = P x V à l'état 2 soit P1 x V1 = P2 x V2

Vous comprenez pourquoi?

[Filotub]

Oh oui . Mais ma reponse revient au meme , non ?

[stefller]

Ben non

Si p1 x V1 = P2 x V2

alors p1 / V1 ne peut être égale à P2 / V2.

De plus votre résultat vous semble-t-il logique??

20L d'oxygène à 50bar quand on ramène cela à pression atmosphérique on va trouver un volume plus grand ou plus petit??

[Filotub]

Excusez moi donc si p1v1=p2v2 alors p1xv1/p2=v2 ?

[stefller]

Yep. Maintenant tu connais le volume qu'il restait dans la bouteille de l'astronaute et l'énoncé de te donnes la quantité qu'il a emmené.

[Filotub]

Mais si on fait p1v1/p2=v2 cela semble bizarre car 50x20 /1.01325 =987 litres ?

[stefller]

Pourquoi ce serait bizare. Souviens toi du volume qui a été mis dans la bouteille.

[Filotub]

Ah oui je suis bete 70m3 . Merci beaucoup

Donc pour l'exercice avec la capsule c'est a peu pres la meme chose ? Pouvez vous m'aider a mettre en forme l'etat 1'et 2 svp, si je ne vous derange pas ?

[stefller]

Essaies, d'abord par toi même en t'aidant de ce qu'on vient de voir.

[Filotub]

Pour la capsule le a : j'avais trouve p = rho g h = 1000 x 9,81 x 20 =196200 Pa

B) On a p1 = 196200 pa ; v1 = 1m3 soit 1000l / p2 = patm = 101325 pa et v2= ?
Donc on fait p1v1= p2v2 soit v2 = p1v1/p2 soit v2 = 196200x1000/101325 = 1936 l'd'air dans la buee ?

[stefller]

C'est ce que j'aurais fait, après au niveau syntaxe on va peut être pas parler en litre mais en m3.

Donc oui c'est ça le volume de la bouée à la surface est de 1936L.

Il faut bien préciser pourquoi on peut écrire PV=cte (en parlant de la température et du nombre de mol)

[Filotub]

D'accord merci beaucoup et j'aurais une derniere question : on etudie les conditions de l'envol d'une fusee de 2 tonnes. Elle est envoyee par une journee sans vent ni aucun nuage.

Calculer la force minimale necessaire pour que la fusée décolle(on négligera la resistance de l'air)
Le probleme est que je ne vois pas quelle formule utiliser

[stefller]

Tu as surement essayer de faire quelques chose?

[Filotub]

Oui biensur je ne vous demande pas de l'aide sans avoir rien fait

[Filotub]

Il precise que la fusee est de 2 tonnes ce qui implique la masse forcement

[stefller]

Il faut que tu te demandes quelles sont les forces qu'il faut contrer pour faire décoler la fusée.

Qu'elle force as-tu relevé?

[Filotub]

Avant cette question il y en avait deux autres : a ) avant le decollage de la fusee : faire le bilan et le schema des forces s'exercant sur la fusee . J'ai pensé a la force de gravitation seulement

B) apres le decollage de la fusee : faire le bilan et le schema des forces s'exercant sur la fusee. J'ai pensé a la force de gravitation et la force de poussée des moteurs ?