Rôle de la pression avec une paille rempli d'eau

[invite637b7d83]

bonjour,

Dans les deux cas la paille de hauteur h est maintenu vertical:

1er cas : On utilise une paille qui aspire l'eau dans un verre d'eau jusqu'au 3/4 de la hauteur de la paille (il y donc 1/4 de hauteur
occupé par l'air atmosphérique).Si on ne bouche pas l'extrémité basse de la paille, l'eau va s'écouler de la paille vers l'extérieur de celle-ci.


2 ème cas: Même expérience mais là on bouche de façon hermétique l'extrémité haute de la paille, alors l'eau ne s'écoule pas
vers l’extérieur de celle-ci.


Explication avancée pour le 2 ème cas :

j'imagine que la pression atmosphérique qui s'exerce sur la paille dans toutes les directions et notamment sur la partie basse de la paille
est supérieure à celle de la pression de l'air enfermé dans le 1/4 supérieure de la hauteur de la paille et du poids de la colonne eau aspiré (rho.g.h).

Voilà ma question

Pourquoi la pression contenue dans le 1/4 supérieur de la paille n'est pas égale à la pression atmosphérique puisque nous n'avons fait que boucher la partie supérieur de la paille?

merci
-----

[coussin]

Qu'est-ce qui vous fait dire que la pression n'est pas égale à la pression atmosphérique?

[acx01b]

ce n'est pas facile ce genre d'exo je trouve, moi je n'arrive pas trop à les faire

[invite637b7d83]

bonjour,

Car nous avons d'une part la pression d'air contenue dans le 1/4 supérieure de la bouteille +la pression de la colonne d'eau sur les 3/4 de la hauteur de la bouteille.

[A voir en vidéo sur Futura]

[invite637b7d83]

bonjour

Une explication possible concernant le 2 ème cas pour expliquer que la pression contenue dans le 1/4 de la hauteur de la bouteille est inférieur à la pression atmosphérique, c'est que l'air du haut de la bouteille s'est dilaté (l'air se détend) donc le volume a augmenté et d'après la loi PV=nRT, la pression a diminué.Donc cette pression de l'air au dessus de l'eau+pression de la colonne d'eau est inférieur ou égal à la pression
atmosphérique.

merci à moi

[invite637b7d83]

bonjour

C'est vrai, j'aurai du mettre supérieur ou égal à la somme de la pression au dessus de l'eau( sur le 1/4 de la hauteur)+la pression de la colonne d'eau (sur les 3/4 dela hauteur de la bouteille)

merci

[invite6dffde4c]

...
Voilà ma question

Pourquoi la pression contenue dans le 1/4 supérieur de la paille n'est pas égale à la pression atmosphérique puisque nous n'avons fait que boucher la partie supérieur de la paille?

merci

Bonjour.
Non. Vous n’avez pas fait que ça.
Avant de la boucher vous avez aspiré (ce qui a diminue la pression et fait monter l’eau) et vous l'avez bouché dans cette situation.
Au revoir.

[triall]

Bonjour, oui, quand on aspire avec les poumons, par exemple, on diminue la pression en augmentant le volume des poumons, la pression dans le haut de la paille est égale à celle des poumons < que la pression atmo. On arrête d'aspirer et on bouche, la pression dans le haut du tube , est, je crois, pression atmo-(moins)rhogh , h étant la hauteur à laquelle l'eau a monté ..

[acx01b]

quand on aspire avec les poumons, par exemple, on diminue la pression en augmentant le volume des poumons

"diminuer la pression" je ne trouve pas ça très explicite

si on cherche à mesurer le travail (le delta d'énergie) qu'on fait en inspirant, comment on le calcule ?

[invite637b7d83]

bonjour

Oui effectivement j'ai aspiré l'air à travers la paille par les poumons.

merci

[triall]

"diminuer la pression" je ne trouve pas ça très explicite

.Mais si , c'est très explicite , fermez la bouche, respirez(en augmentant le volume de la cage thoracique ) , la pression diminue dans les poumons, (PV/T= Cte ) c'est pour ça que l'air entre dedans et ...on respire ..
pour ce qui est de l'énergie , ce n'est pas le problème de ehelp ; mais je pense qu'on peut le mesurer avec mgh , vu que l'on a fait monter l'eau de h , m étant la masse d'eau dans les 3/4 de la paille !

[invite637b7d83]

Bonjour, oui, quand on aspire avec les poumons, par exemple, on diminue la pression en augmentant le volume des poumons, la pression dans le haut de la paille est égale à celle des poumons < que la pression atmo. On arrête d'aspirer et on bouche, la pression dans le haut du tube , est, je crois, pression atmo-(moins)rhogh , h étant la hauteur à laquelle l'eau a monté ..

bonjour,
Pouvez vous m'expliquez comment la pression diminue dans le haut de la paille avec l'eau en dessous.Est ce le principe des vases communicants?
Pourquoi la pression dans le haut de la paille est égal à celle des poumons?

merci

[invite637b7d83]

bonjour

Oui vous avez raison.

merci de votre intervention

[invite637b7d83]

Bonjour.
Non. Vous n’avez pas fait que ça.
Avant de la boucher vous avez aspiré (ce qui a diminue la pression et fait monter l’eau) et vous l'avez bouché dans cette situation.
Au revoir.

bonjour

Oui vous avez raison.

merci de votre intervention

[triall]

bonjour,
Pouvez vous m'expliquez comment la pression diminue dans le haut de la paille avec l'eau en dessous.Est ce le principe des vases communicants?
Pourquoi la pression dans le haut de la paille est égal à celle des poumons?

merci

La pression dans le haut de la paille est celle des poumons car les 2 "milieux" paille et poumons sont en communication . Imaginez 2 réservoirs, un gros , et un petit , qui peuvent communiquer par une ouverture, fermée pour l'instant . Quand on ouvre, la pression s'équilibre dans les 2 réservoirs, comme il y en a un plus grand , on peut estimer que la pression finale est celle du gros réservoir (ou proche) ..

[acx01b]

pour ce qui est de l'énergie , je pense qu'on peut le mesurer avec mgh

je pense que si on a bien compris toutes les forces en jeu, alors mesurer le travail ne devrait poser aucun problème. l'exemple de la respiration me pose problème car je ne sais pas vraiment mesurer le travail, c'est forcément qu'il y a quelque de chose qui m'échappe, et c'est pareil pour le problème de départ de ehelp.

imaginons que les poumons c'est un sac plastique de volume variable (une sorte de ballon de baudruche mais sans élasticité), quel est le travail pour gonfler le sac, et pour le dégonfler ?

[invite637b7d83]

La pression dans le haut de la paille est celle des poumons car les 2 "milieux" paille et poumons sont en communication . Imaginez 2 réservoirs, un gros , et un petit , qui peuvent communiquer par une ouverture, fermée pour l'instant . Quand on ouvre, la pression s'équilibre dans les 2 réservoirs, comme il y en a un plus grand , on peut estimer que la pression finale est celle du gros réservoir (ou proche) ..

bonsoir

peux t-on calculer la pression finale par l'équation des gaz parfaits : PV=nRT en considérant la température constante avec

P1*V1=P2*'(V2+V1) avec Vi les volumes des poumons ET DU HAUT de la paille et P2=Pression finale?

merci

[triall]

Bonsoir, attention, ehelp , vous mettez Vi , puis V1 , on ne sait donc ce que représentent V1 , V2 ,P1, ni P2 .
@acx , pour mesurer le travail , dans le cas de la paille, et l'aspiration, ça me parait très clair , (mesure=mgh) .
Pour ce qui est de calculer, c'est différent ; ne pas mélanger mesure et calcul !
Quant à la question

imaginons que les poumons c'est un sac plastique de volume variable (une sorte de ballon de baudruche mais sans élasticité), quel est le travail pour gonfler le sac, et pour le dégonfler ?

, j'ai comme l'impression, que , hors frottement,et sans faire monter d'eau dans une paille, le travail est nul !
Tant pis si je dis une bêtise , on n'en meurt pas!

[invite637b7d83]

bonsoir

j'ai mis Vi pour éviter de répéter V1 et V2

Donc V1= volume des poumons

V2= volume occupé par l'air dans la paille au dessus de l'eau aspiré.

merci

[invite637b7d83]

Bonjour.
Non. Vous n’avez pas fait que ça.
Avant de la boucher vous avez aspiré (ce qui a diminue la pression et fait monter l’eau) et vous l'avez bouché dans cette situation.
Au revoir.

bonsoir,

1-Ceci respecte la loi PV= constante avec la température=constante?

2-Si la pression diminue dans la partie occupée par l'air de la paille le volume des poumons augmente?

merci

[triall]

Bonsoir, alors, voilà comment je vois les choses , normalement c'est bon !
On a , avant d'aspirer V1 volume des poumons , P1 =pression atmo . Essayez de reprendre ma nomenclature, car je vous assure, ehelp , ce que vous écrivez n'est pas très clair :

avec Vi les volumes des poumons ET DU HAUT de la paille

: On dirait que que les volumes des poumons, et du haut de la paille sont identiques , selon vous !
On "aspire" avec une pression plus faible P2 , et un volume plus important V2, au niveau des poumons , on a P1.V1=P2.V2 .
La pression P3 dans la partie 1/4 d'air est égale à P2 , et je pense alors que le volume V3 d'eau qui a monté dans la paille doit être égal à V2-V1 .!

[triall]

Bonjour, je vais essayer d'être plus rigoureux .
On a donc la paille posée dans le verre, on pose ses lèvres (pulpeuse, mais on s'égare) sans aspirer , (voir la pub... ) on met les poumons et le volume d'air de la paille en contact , c'est ce volume V1 que l'on prend en considération,((Poumons +paille) sinon on ajoute de la matière , et PV=n RT n'est pas valable car n va changer. et P1 =Patmo (on n'a pas encore aspiré )
On aspire en gonflant les poumons avec un volume plus grand V2 et une pression plus petite P2 avec P1V1=P2V2.

Ensuite on bouche : .
On "voit" que Patmo-P2=rhogh , le bas du tube au niveau du liquide est à Patmo =rhogh + P2!
Avec P1V1=P2V2 et P2=P1-rhogh on tire (P1=Patmo)
: V2/(V2-V1)=P1/rhogh sauf erreur !

Quant au volume d'eau qui a monté, je ne sais trop , avec V2-V1 , c'est possible que ces 2 volumes soient égaux.

[invitecaafce96]

Bonjour,
Ce qui est faux sur le dessin, c'est que h se mesure verticalement .

[sitalgo]

B'jour,

imaginons que les poumons c'est un sac plastique de volume variable (une sorte de ballon de baudruche mais sans élasticité), quel est le travail pour gonfler le sac, et pour le dégonfler ?

Dans la mesure où on ne considère aucun frottement ou résistance, tant de l'air que du sac, je pense que la seule énergie à fournir est celle d'accélération du fluide.
Pour les poumons, qui sont la source d'énergie, il faut ajouter les pertes de charges. La vitesse du fluide étant obtenue par différence de pression (v² = 2 Dp/rho ; D : delta).

[triall]

Bonsoir, ok pour la verticalité de la mesure de h .
Pour l'exemple des poumons qui aspirent , "on" a envie d'écrire Travail =mgh =(Patmo-P2)(V2-V1) , mais je n'en suis pas sûr; avec toujours P2 , pression de dépression pour la respiration, V1 volume des poumons au repos ; V2 volume des poumons dilatés.m masse d'eau montée dans le tuyau.
On aurait alors avec V2/(V2-V1)=Patmo/rhogh
(Patmo-P2)/P1=m/rhoV2 or, m/rho est le volume V3 d'eau dans la paille on a Patmo-P2)/P1=V3/V2 , ce qui est intéressant car on pourrait calculer le volume les volumes V2 et V1 du poumon...

[triall]

Rebonsoir
@sitalgo.
Je pense toujours qu'une respiration ne nécessite pas de travail , hormis les frottements , voici le processus simplifié et enfermé dans une caisse rouge hermétique, calorifugée , pour bien se représenter ce qu'il se passe..

Une respiration fait circuler du fluide ,(la paroi gauche bouge vers sa position en pointillé) certes, mais demande un travail ici, car le fluide de la caisse rouge doit se comprimer> augmentation de sa pression ; mais si l'on relâche on peut théoriquement récupérer cette énergie ; et "bénéficier" aussi d'un déplacement de fluide , qui s'il a nécessité de l'énergie vers la gauche (ce que je ne crois pas) doit pouvoir le rendre quand il revient vers la droite !
Ainsi "on " a respiré sans dépense d'énergie hors frottements divers , il me semble .

[sitalgo]

Pour déplacer une masse, solide ou fluide, en négligeant tout frottement, il faut l'accélérer puis la freiner. L'accélération demande une dépense d'énergie, la décélération n'est un gain d'énergie uniquement si on peut la récupérer.
Pour un fluide l'accélération se produit autour du point d'aspiration, ensuite dans le conduit c'est Bernoulli et conservation de l'énergie. Pour les poumons l'énergie est fournie par les muscles, ce qui crée une dépression (pour l'inspiration) et mise en mouvement du fluide. Ensuite, soit par élasticité (car en respiration normale l'expiration se fait par simple relâchement des muscles) soit en forçant, les côtes reviennent en place. Au mieux on n'a pas récupéré d'énergie.
Ton schéma est bien joli mais on ne vit pas dans un sarcophage, où as-tu vu que la pression atmo augmentait significativement quand on gonfle ses poumons ?

[triall]

Bonjour, en fait la boîte rouge, le "sarcophage" ne fait qu'ajouter un ressort parfaitement élastique au système .
Je parlais de physique théorique , monde idéal , sans frottement , échanges élastiques , donc avec un peu de mauvaise foi (si peu) , je dirais que l'on admettait tacitement que les poumons étaient parfaitement élastiques dans les 2 sens, et donc avec cette condition d'élasticité des poumons, des muscles, que le travail serait nul au final , pour entretenir le mouvement, comme celui d'un pendule qui oscille sans frottement …