Exercice de pensée - Pression de l'eau et tube à essai

[Katalamiko]

Bonjour,

CAS N°1
Imaginons que je place un tube à essai géant en mer -renversé- de 40m de hauteur et que ce dernier soit rempli d'eau.
Le plongeur 1 se situe 10m sous le niveau de la mer.
Le plongeur 2 se situe 10m sous le niveau de la mer mais il se trouve également sous le tube à essai.
Le plongeur 3 se situe dans le tube à essai, à 30m au dessus du niveau de la mer et donc 10 mettre de profondeur par rapport au haut du tube.

La pression pour P1 est de 2 bars.
Pour P2, la pression se dilue t'elle ou s'accumule t'elle? Si je change la profondeur de P2, l'influence du tube à essai reste t'elle fixe?
La pression pour P3 est de 2 bars.

CAS N°2
Le plongeur se trouve dans un tube de 50cm de hauteur, sa pression elle est négligeable ou de 6 bars?

Pour info, ceci n'est pas un exercice de cours, je suis plongeur et c'est une question qui me titille depuis quelques temps.

Merci
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[invite6dffde4c]

Bonjour.
Ce n’est pas clair. Je suppose que le tube a essai à son extrémité ouverte dans l’eau et son extrémité fermée à 40 m au dessus de l’eau.
Dans ce cas les derniers 30 m du tube sont vides (pression = 0 bars) et l’eau ne monte qu’à 10,70 m comme disait Torricelli.

Si un plongeur s’aventure à 5m à l’intérieur du tube il sentira une pression de 0,5 bars, comme s’il était dans une très haute montaigne. Et Il n’aura aucune envie de monter plus haut.
Pour les autre manips, ce qui compte est la profondeur par rapport à la surface libre de la mer. La presence du tube ne joue pas.
Au revoir.

[inviteb8092abb]

Bonjour,

Si je comprends bien, comme l'a fait remarqué LPFR, l'ouverture du tube à essai est coté mer, donc si il est plein d'eau et qu'il n'y a pas d'air qui rentre, l'eau dans le tube ne peut pas se vider dans la mer.
La pression du plongeur P3 est d'1 bar car la pression atmosphérique agit sur le tube mais pas sur le plongeur.

Je ne comprends pas le cas n°2. Si le plongeur est en surface il est soumis à la pression atmosphérique et s'il est sous la surface il est soumis à Ptotale=1+(profondeur/10).

[Katalamiko]

Bonjour,

Si je comprends bien, comme l'a fait remarqué LPFR, l'ouverture du tube à essai est coté mer, donc si il est plein d'eau et qu'il n'y a pas d'air qui rentre, l'eau dans le tube ne peut pas se vider dans la mer.

OUI! J'ai oublié de dessiner la mer en bleu....

La pression du plongeur P3 est d'1 bar car la pression atmosphérique agit sur le tube mais pas sur le plongeur.

OK, mais alors, à 20m du haut du tube, elle serait donc bien de 2 bars?

Je ne comprends pas le cas n°2. Si le plongeur est en surface il est soumis à la pression atmosphérique et s'il est sous la surface il est soumis à Ptotale=1+(profondeur/10).

Pour le CAS N°2
Encore une fois c'est mal dessiné. A droite et à gauche nous avons de l'eau, au milieu de la terre. Le plongeur se situ dans le tube/tunnel reliant les deux eaux. Les deux extrémités du tunnel sont situées 50m sous le niveau de la mer. Ma question porte sur le fait de savoir si le plongeur subit la pression vis à vis de sa profondeur dans le tube ou vis à vis de la profondeur du tube sachant que l'eau du tube/tunnel est connecté avec la mer et ce des deux cotés.

[A voir en vidéo sur Futura]

[inviteb8092abb]

Oui 2 bars à 20m.

Pour le cas n°2, le plongeur subit une pression de 6 bars. Le fait que le plongeur soit dans un tunnel perpendiculaire à la colonne d'eau ne le protège pas de la pression, puisque la pression agit perpendiculairement à la surface. Comme la pression est une force par unité de surface, l'eau à 50m exerce une force dans toutes les directions et le plongeur y est soumis.

[phys4]

Bonsoir,
Vous n'avez pas compris la réponse du message 2 qui est le seul consistant de cette discussion.
A retenir : un tube de 50m de haut au dessus du niveau de la mer ne restera pas plein d'eau. La pression en tout point au donné par la hauteir par rapport au niveau de la mer.

Donc pour le plongeur 2 qu'il soit sous le tube ou non ne change rien.
Dans le tube la pression descend en dessous de 1 bar dès que vous allez au dessus du niveau de la mer et donc descend à zéro à 10m de hauteur. Résultat, l'est ne peut pas remplir le tube, le niveau s'arrête à 10m de hauteur et au dessus il y a le vide à la pression de vapeur d'eau près.

Concentrez vous là dessus et arrêtez vos digressions, sinon vous serez censurés.

[inviteb8092abb]

Pardon, le plongeur 3 subit la pression de l'eau dans le tube, pas le plongeur 2.

A votre avis si l'eau ne reste pas dans le tube et qu'il n'y a pas d'air, qu'est ce qui remplit le volume d'eau ?

[inviteb8092abb]

La pression de l'eau est en rapport avec son poids, pas avec le niveau de la mer.

[phys4]

Quelques détails :

Si je comprends bien, comme l'a fait remarqué LPFR, l'ouverture du tube à essai est coté mer, donc si il est plein d'eau et qu'il n'y a pas d'air qui rentre, l'eau dans le tube ne peut pas se vider dans la mer.

Il n'y a pas besoin d'air pour que le tube se vide, lorsque la pression devient nulle il n'y aura plus ni eau, ni air.


Je ne comprends pas le cas n°2. Si le plongeur est en surface il est soumis à la pression atmosphérique et s'il est sous la surface il est soumis à Ptotale=1+(profondeur/10).[/QUOTE]
cette formule est vraie partout y compris dans le tube, toujours en prenant la profondeur par rapport à la surface de la mer.

La pression du plongeur P3 est d'1 bar car la pression atmosphérique agit sur le tube mais pas sur le plongeur.

A l'endroit où l'auteur place le plongeur, il se trouve dans le vide, ce n'est pas une combinaison de plongée qu'il lui faut, mais une combinaison d'astronaute.

Comme le signale LPFR, quand ce plongeur partant de la mer atteindra une hauteur de 5 m au dessus de la mer, il sentira des difficultés respiratoires puisqu'il sera à 0,5 bar. S'il essaie de gagner la surface dans le tube à essai, il sera mort.

[inviteb8092abb]

Dans le tube, la pression est nulle tout en haut et à l'intérieur du tube. En bas, au niveau de la mer, il y a tout le poids de la colonne d'eau de 50m.

[inviteb8092abb]

Oui je commence à voir ce que vous voulez dire.

[inviteb8092abb]

Ce qui me gêne c'est que j'ai fait une expérience avec un tube de 10cm de haut et toute l'eau reste dans le tube une fois retourné avec l'ouverture dans l'eau.

[phys4]

Dans le tube, la pression est nulle tout en haut et à l'intérieur du tube. En bas, au niveau de la mer, il y a tout le poids de la colonne d'eau de 50m.

Non, c'est là votre erreur, il faut appliquer votre formule
P = 1 + Profondeur/10

A 10 m au dessus de la mer dans le tube à essai, la pression vaut P = 1 + (-10/10) = 0
donc la pression devient nulle et il n'y a rien au dessus.

Historiquement la pression atmosphérique a été découverte par l'école de Galilée. Des fabricants de pompes à eau avaient demandé pourquoi ils n'arrivaient pas à faire de pompe qui puise à plus de 10m.
Torricelli eut l'idée de faire l'expérience avec un tube à essai contenant du mercure, et il s'aperçut que le liquide descendant dans le tube à 76 cm au dessus de la surface libre, au dessus il y avait le vide.
Ainsi il inventa le baromètre.

[invitef29758b5]

Salut

Dans le tube, la pression est nulle tout en haut et à l'intérieur du tube.

La pression est nulle 10 m au dessus du niveau de la mer , point bar .
Au dessus c' est le "vide" qui se remplit un peu de vapeur suivant la température de l' eau .

[inviteb8092abb]

Oui en effet, vous avez raison. Merci d'avoir rectifié mon erreur.

[invite3016febc]

Ne serait-t-il pas plus probable qu'il y ait une transformation liquide-gaz à une certaine hauteur ? Le gaz pouvant par la suite ajuster sa densité (contrairement à l'eau qui est "incompressible"). Il n'y aurait ainsi une interface liquide/gaz puis une diminution progressive de la densité du gaz avec la hauteur.
A partir d'un certain moment la densité du gaz deviendrait extrêmement faible et se rapprocherait ainsi du vide.

[invitef29758b5]

Ne serait-t-il pas plus probable qu'il y ait une transformation liquide-gaz à une certaine hauteur ?

Oui
Si la température de l' eau est >0° , quand la pression est suffisamment basse , elle bout .
Le "vide" est remplacé par de la vapeur . La pression de cette vapeur dépend de la température de l' eau .

[invite51d17075]

Torricelli eut l'idée de faire l'expérience avec un tube à essai contenant du mercure, et il s'aperçut que le liquide descendant dans le tube à 76 cm au dessus de la surface libre, au dessus il y avait le vide.
Ainsi il inventa le baromètre.

merci phys4:
j'ignorai cet historique concernant l'invention du baromètre....

[invite6dffde4c]

Bonjour.
Pour allonger un peu l’anecdote avec Torricelli, à l’époque on disait que l’eau montait car « la nature avait horreur du vide ».
Torricelli montra que « oui, la nature avait horreur du vide, mais seulement jusqu’à 10,7 m »
Au revoir.