pb de pression

[invite0971892e]

Bonjour à tous,
QQ'un a t'il une interprétation à me proposer pour les 2 phénomènes suivants :
- l'augmentation de la pression qd on descend de plus enplus profond sous de l'eau en équilibre. ( je me dis que l'équilibre impose l'existence d'une force qui s'oppose au poids de l'eau et de l'atmosphère situé au dessus, mais je n'arrive pas à bien voir comment concrêtement se réalise cette augmentation de pression : pour moi, elle ne peut se réaliser que par une augemntation de la température ou de la densité volumique, or les eaux profondes sont plus froides, et les variations de densités volumiques de l'eau sont très faibles, l'eau étant très peu compressible)
- la diminution de la pression d'un fluide s'écoulant de façon permanente dans un tuyau, là où il y a un rétrecissement ( effet Venturi) : en effet la conservation du débit impose au niveau du rétrecissement une vitesse plus importante, il y a donc eu une force qui a accéleré le fluide pdt le rétrecisement, et ce ne peut être qu'une force de pression, mais cette diminution de pression est-elle liée à une diminution de la température, de la masse volumique, ou à autre chose ?
Merci d'avance.
-----

[invite2c6a0bae]

1-

ta phrase me semble un peu bancale. Ceci est du a la masse d'eau que tu as au dessus de la tete quand tu est en profondeur.
idem pour la pression atmospherique.
On concidere une colone de fluide...
la diference de pression entre le eau du corps et le bas du coprps qui est plongé dans un fluide donne la poussée d'archimede.


2- diminution de la pression car augmentation de la vitesse d'ecoulement du fluide. (cf ppe de Bernoulli)

[Fistos]

Salut,
Pour l'eau des océans, je pense qu'il faut tenir compte du fait qu'il y a de l'air dissous dans l'eau et que cette quantité relative d'air diminue en fonction de la profondeur. Ce n'est, bien entendu, qu'une piste de réflexion.
Pour la 2e question, il faut appliquer l'équation PV/T = constante. Evidemment, tous les gaz ne sont pas parfaits.

[invite0971892e]

1-

ta phrase me semble un peu bancale. Ceci est du a la masse d'eau que tu as au dessus de la tete quand tu est en profondeur.
idem pour la pression atmospherique.
On concidere une colone de fluide...
la diference de pression entre le eau du corps et le bas du coprps qui est plongé dans un fluide donne la poussée d'archimede.

En fait, pour l'instant je vois je vois plus la pression comme une conséquence de tous les chocs exercés par les molécules d'eau sur ma peau. Je suis d'accord que l' augmentation de la pression est lié au poids de la colonne d'eau et d'air au-dessus de ma tête, mais je me dis qu'en fait cette augmentation de pression doit être liée à une augmentation du nombre de chocs ou de la violence de chacun, cette modification étant lié au poids de la colonne. Mais puisque la température diminue en profondeur (donc la violence des chocs ), l'effet de compression des molécules d'eau lié au poids de la colonne est-il suffisant pour expliquer l' augmentation de la pression ?

2- diminution de la pression car augmentation de la vitesse d'ecoulement du fluide. (cf ppe de Bernoulli)

On m'a dit effectivement que pour un écoulement permanent, parfait ( pas de phénomènes dissipatifs) et incompressible (un petit volume de fluide ne change pas de volume) on a
Pression/massevol + Vitesse^2/2=constante ( à altitude constante , le long d'une ligne de courant)
Mais, étant donné ma conception de la pression j'aurai dit, à première vue, que puisqu'au niveau du rétrecissement la vitesse était plus grande, la pression allait augmenter. (mais il est logique que la pression diminue car le fluide accelere au niveau du rétrecissement).
La seule explication que je vois pour l'instant est soit une diminution de la température au niveau du rétrecissement, soit une diminution de la masse volumique (mais Masse vol=cte car l'écoulement est supposé incompressible dans Bernoulli, et une diminution de la température ne pourrait-elle pas ici n'être du qu'à un phénomène dissipatif, que l'on a négligé par hy^pothèse?). Qu'en penses-tu?

[A voir en vidéo sur Futura]

[invite0971892e]

Salut,
Pour l'eau des océans, je pense qu'il faut tenir compte du fait qu'il y a de l'air dissous dans l'eau et que cette quantité relative d'air diminue en fonction de la profondeur. Ce n'est, bien entendu, qu'une piste de réflexion.
Pour la 2e question, il faut appliquer l'équation PV/T = constante. Evidemment, tous les gaz ne sont pas parfaits.

Les gaz dissous doivent effectivement avoir une influence dans la réalité mais à mon avis si on se débrouille pour les supprimer dans une colonne d'eau expérimentale, on aura comme même une augmentation de la pression.
Merci pour ta réponse à mon autre question : pour un gaz parfait, Bernoulli devient RT+V^2/2=cte : la diminution de pression doit s'expliquer par une diminution de la température,égale à
(1/2R)(Vav^2-Vaprès^2). Le problème, c'est que je n'ai jamais entendu parler de refroidissement des fluides au niveau des rétecissements de tuyauteries. Peut-être qu'une faible baisse de température suffit à expliquer une forte baisse de pression?

[Fistos]

Je ne suis pas convaincu qu'il y ait diminution de pression et baisse de température à l'endroit d'un rétrécissement. Je pense plutôt l'inverse. Ainsi, lorsqu'on utilise une pompe à vélo, on constate que c'est à l'endroit du raccord (au rétrécissement) que cela chauffe.
Pour la colonne d'eau, il est clair que même sans air, la pression augmente de 1 Atm par 10 m de profondeur. Ma réflexion avait seulement pour objet de trouver une explication possible au fait que l'eau était plus froide en profondeur.

[invite0971892e]

Je ne suis pas convaincu qu'il y ait diminution de pression et baisse de température à l'endroit d'un rétrécissement. Je pense plutôt l'inverse. Ainsi, lorsqu'on utilise une pompe à vélo, on constate que c'est à l'endroit du raccord (au rétrécissement) que cela chauffe.

Pour la diminution de pression, j' ai vu de nombreuses expériences qui concordaient avec la théorie de Bernoulli : une facile à faire et de souffler entre 2 feuilles de papier verticales situées proches l'une de l'autre, la boubche étant assez éloignée. Alors qu'on se dit que l' air va avoir tendance à les écarter, on constate qu'elles se rapprochent ! La pression entre les feuilles est donc inférieur à 1 barre, là où il y a le rétrecissement...
C'est vrai que pour une pompe à vélo, on constate un échauffement de la partie métallique située au niveau du raccordement. Néanmoins, à mon avis ceci n'est pas incompatible avec une diminution de la température au niveau des rétrecissement :
-on constate d'une part que l'air qui sort de la pompe ne semble pas plus chaud que l'air ambiant, et la section après le rétrecissement est restée constante (bien qu'il faille se méfier de notre "mesure" de la températue, car l'air étant alors en mouvement, les échanges thermiques s'établissent mieux)
-on peut expliquer cet échauffement par la viscosité : au niveau du rétrecissement, l'écoulement des molécules d'air est très perturbé et de très nombreux chocs se produisent avec la paroi, qui, étant ici metallique, est capable d'absorber l'énergie donnée par ces chocs.Ce phénomène amplifierait donc au contraire la chute de température.
Qu'est ce que tu en penses?

Pour la colonne d'eau, il est clair que même sans air, la pression augmente de 1 Atm par 10 m de profondeur. Ma réflexion avait seulement pour objet de trouver une explication possible au fait que l'eau était plus froide en profondeur.

En fait, le phénomène prépondérant pour la température de l'océan doit être le chauffage par rayonnement solaire, que je ne prenais pas en compte : ce dernier est rapidement absorbé en surface...
D'ailleurs, quand on plonge sans combinaison on a vraiment l'impression que la température diminue très vite quand il fait chaud dehors, alors que ça reste à peu près pareil qd il fait froid...

[Fistos]

Salut,
Je connais le principe de Bernoulli et son application : le vol des avions. Je pense toutefois que le principe de Bernoulli ne s'applique que si l'on considère, entre autres, l'écoulement comme incompressible (à ne pas confondre avec la pression exercée sur le fluide), sans frottement et sans variation de température. Aussi, Je ne crois pas que le principe de Bernoulli puisse s'appliquer sans réserve à l'écoulement d'un fluide dans un tuyau. Quant à la sortie d'une pompe à vélo, elle n'est évidemment pas profilée comme le venturi d'une tuyère.

[zoup1]

En hydrodynamique, l'écoulement peut-être considéré comme incompressible tant que la vitesse de l'écoulement est faible devant la vitesse du son. Mais il ne faut pas se méprendre sur le signification d'un écoulement incompressible, cela signifie simplement que l'on peut découpler l'écoulement principal des ondes sonores (en fait cela revient à moyenner les ondes sonores).

Suivant les conditions on devra négliger et/ou les variations de densité et/ou de température, cela dépendant des coefficients de transport du fluide et dela géométrie.

[invite2c358793]

En effet, une chose qui évidente pour les habitués, c'est qu'il y a en effet dans un fluide deux vitesses à considérer (th. de koenig) :

• La vitesse moyenne de l'écoulement qui intervient dans la relation fondamentale de la dynamique appliqué à un volume d'espace (point de vue d'Euler) et non à un volume de fluide (point de vue lagrangien), conduisant à la relation de Bernoulli.

• La vitesse instantanée d'une particule a laquelle on a soustrait la vitesse moyenne de l'ensemble, est celle qui intervient dans les phénomènes sonores et la compression.

Les difficultés de compréhension proviennent du fait que souvent, on ne prends pas garde lorsqu'on parle de vitesse d'une particule dans un fluide de bien préciser le réferentiel. Le son s'étudie en général dans le réferentiel du centre de masse (l'observateur suit le fluide) alors que l'écoulement s'observe par un observateur au repos par rapports au tuyaux.

Le son qui se propage provient ainsi d'un variation de la pression locale.

[invite0971892e]

Salut,
Je connais le principe de Bernoulli et son application : le vol des avions. Je pense toutefois que le principe de Bernoulli ne s'applique que si l'on considère, entre autres, l'écoulement comme incompressible (à ne pas confondre avec la pression exercée sur le fluide), sans frottement et sans variation de température. Aussi, Je ne crois pas que le principe de Bernoulli puisse s'appliquer sans réserve à l'écoulement d'un fluide dans un tuyau. Quant à la sortie d'une pompe à vélo, elle n'est évidemment pas profilée comme le venturi d'une tuyère.

Salut,
Je crois que pour démontrer la relation de Bernoulli on suppose l'écoulement permanent, parfait et incompressible, mais qu'il n'y a pas d'hypothèse sur la température...
Quoiqu'il en soit, si l'accéleration de l'air sur le profil supérieur des ailes d'avions est provoqué par une chute de pression, a-tu une idée de quelle modification de l'air est la cause de cette chute? (pour l'instant, je ne vois pas d'autre possibilité qu' une chute de température ou de masse volumique)

[Fistos]

Pour Bernoulli, je crois que la notion de température constante doit se déduire de l'hypothèse que le fluide est incompressible.
Pour l'air sur l'extrados, je crois que c'est dû au fait que la durée de l'action est moins longue que sur l'intrados à cause de vitesse plus élevée de l'écoulement de l'air.

[invite0971892e]

Pour Bernoulli, je crois que la notion de température constante doit se déduire de l'hypothèse que le fluide est incompressible.

Pourtant, pour un gaz parfait, on obtient R*T/massemol +v^2/2=cte, et l'hypothèse d'un gaz parfair n'est pas incompatible avec les hypothèses nécessaires à la relation de Bernoulii...

Pour l'air sur l'extrados, je crois que c'est dû au fait que la durée de l'action est moins longue que sur l'intrados à cause de vitesse plus élevée de l'écoulement de l'air.

Je suis d'accord que vu que la vitesse du fluide est y plus élevé sur l'extrados, on petit volume d'air aura moins le temps d'appuyer , mais étant donné que la pression est une mesure instantanée de la force surfacique, et que bien que l'air aille plus vite au dessus, il est constamment remplacé, je ne vois pas pquoi le temps de passage plus court permet d'expliquer la baisse de pression.
Si tu penses que ma conception de la pression est erronée, n' hesite pas à me détailler la tienne.

[Fistos]

Désolé de ne pas pouvoir poursuivre cette intéressante discussion mais je n'en sais pas plus sur le sujet.

[Fistos]

Finalement, en réfléchissant encore au problème, j'ai pensé qu'il s'agissait en fait d'expliquer une différence de forces entre l'extrados et l'intrados. Je l'explique comme suit. La vitesse de l'air avant le bord d'attaque et après le bord de fuite est la même : celle du vent ambiant et éventuellement nulle s'il n'y a pas de vent. L'air qui s'écoule de part et d'autre de l'aile subit une accélération et ensuite une décélération. Il en découle donc une force (F = ma). Vu les différences de vitesses (et donc d'accélération) entre les deux faces, il en résulte une différence entre les forces agissant sur l'extrados et l'intrados qui se traduit par la portance.
Quest ce que tu en penses ?

[invite0971892e]

Salut,
Je suis entièrement d'accord avec toi pour dire que ce qui fait accélerer l'air est une diminution de la pression et que vu que l'air accelere plus au dessus, il se crée donc une force qui pousse l'aile vers le haut. C'est vrai que les considérations sur la vitesse de l'air permettent de dire quelles sont les variations de pression.
Mais mon problème reste encore entier : si je suis une partule de fluide qui passe au dessus de l'extrados, qu'est ce qui change autour de moi : y a t-il moins de particules, les particules sont-elles moins agitées, ou est-ce une autre modification de mon environnement qui fait que la force résistante que moi et mes congénères exercons sur les particules qui arrivent est plus faible que celle exercée par les particules de l'autre côté?
Si j'ai le temps, je vais essayer de mesurer la température de l'air qui sort d'une pompe à vélo, même si les conditions sont alors bien loin de celles de Bernoulli... Au moins, on aura une mesure concrête...

[invite2c358793]

Salut,
si je suis une partule de fluide qui passe au dessus de l'extrados, qu'est ce qui change autour de moi : y a t-il moins de particules, les particules sont-elles moins agitées, ou est-ce une autre modification de mon environnement qui fait que la force résistante que moi et mes congénères exercons sur les particules qui arrivent est plus faible que celle exercée par les particules de l'autre côté?

Si tu vas vite (si ta vitesse de dérive est plus grande), ton agitation génèrera moins de chocs sur une surface donnée puisque tu la parcours plus vite (en l'absence de frottements, ta température est identique si cette vitesse de dérive est négligeable devant la vitesse d'agitation tant )

[invite0971892e]

Si tu vas vite (si ta vitesse de dérive est plus grande), ton agitation génèrera moins de chocs sur une surface donnée puisque tu la parcours plus vite (en l'absence de frottements, ta température est identique si cette vitesse de dérive est négligeable devant la vitesse d'agitation tant )

Je suis d'accord avec toi si l'on ne considère qu'une seule particule. Mais vu que dans le cas du tuyau avec rétrecissement le débit volumique (massevol*vitesse*petitesurfac e)à la surface de la paroi est plus important au niveau du retrécissement (on prend une petite surface verticale juste au dessus de la paroi inférieure, qui est la même avant et après le rétrecissement, et seule la vitesse a augmenté puisque l'on se place dans le cadre dans écoulement incompressible), pendant 1 seconde, si l'on considère 1 petit élement de paroi , bien que chaque particule lui donne moins de chocs, il y en aura plus qui vont passer...(n'y a-t-il pas d'ailleurs exacte compensation puisque si les particules qui ont une influence sont dans un volume S*l, et que le nombre de chocs pour une particule est proportionnel au temps qu'elle rete dans ce volume, on a en gros le nombre de chocs qui vaut massvol*S*l*v1*l/v1=massvol*S*l*v2*l/v2?)
Ce qui compte donc est donc la violence de chaque choc, et donc la température... Qu'en penses-tu?

[invite0971892e]

En effet, une chose qui évidente pour les habitués, c'est qu'il y a en effet dans un fluide deux vitesses à considérer (th. de koenig) :

• La vitesse moyenne de l'écoulement qui intervient dans la relation fondamentale de la dynamique appliqué à un volume d'espace (point de vue d'Euler) et non à un volume de fluide (point de vue lagrangien), conduisant à la relation de Bernoulli.

• La vitesse instantanée d'une particule a laquelle on a soustrait la vitesse moyenne de l'ensemble, est celle qui intervient dans les phénomènes sonores et la compression.

Les difficultés de compréhension proviennent du fait que souvent, on ne prends pas garde lorsqu'on parle de vitesse d'une particule dans un fluide de bien préciser le réferentiel. Le son s'étudie en général dans le réferentiel du centre de masse (l'observateur suit le fluide) alors que l'écoulement s'observe par un observateur au repos par rapports au tuyaux.

Le son qui se propage provient ainsi d'un variation de la pression locale.

Salut,
J'ai à nouveau réfléchi au problème et j'ai un peu fait évolué mon interprétation. Ne pourrait-on pas expliquer l'augmentation de la vitesse d'ensemble de l'écoulement par un "réordonnement" des vitesses à l'échelle microscopique dans un même sens (celui de l'écoulement) pour augmenter la vitesse d'ensemble. La diminution de la température que je penses exister ne refleterai donc à mon avis que la conservation de l'énergie cinétique totale (micro+macro), le transfert entre micro et macro étant réalisé par la pression. D'ailleurs, si on prend la cas limite où la rétrecissement a le même rayon que celui d'une molécule, une molécule ne peut plus alors qu'avancer dans le sens de la canalisation sans s'agiter : sa température est nulle et son "énergie cinétique macroscopique" maximale.
Qu'en penses-tu?

[FC05]

Juste quelques précisions par ce que j'ai lu des choses assez bizares ...

Bernoulli (ou Navier-Stockes si on prend un modéle plus compliqué) s'applique au niveau macroscopique. Le transfert de ces résultats au niveau microscopique abouti à des non sens et en tout cas ne permet pas de prévoir le comportement des fluides dans des tuyaux qui ont quelques molécules de diamétre.

D'autre part l'élévation de température dans la pompe à vélo (et dans tous les compresseurs) provient du fait que pour comprimer un gaz il fait lui fournir du travail, ce qui augmente son énergie dont sa température ... Inversement un gaz qui se détend refroidi.

Bernouilli s'appliquant aux fluides incompressibles, il n'y a pas de variation de volume donc pas de travail fourni au gaz donc pas dde changement de température.