La pression
Qu’est-ce que la pression?
La pression est égale à la force appliquée par unité de surface. Pour calculer la valeur d'une pression, on divise la force par la surface. On note:
Pour augmenter l'effet d'une force pressante, on diminue la surface de contact: clou, pieu, punaise, couteau bien aiguisé, fil à couper le beurre, dent (canine, incisive), poinçon,...
Laquelle de ces 2 chaussures s’enfonce le plus dans un sol boueux?
pression
force
surface
Définition
Pour diminuer l'effet d'une force pressante, on augmente la surface de contact: raquettes, skis, roues de camion larges, bretelles larges,..
Pression d’un gaz
Ce chasseur canadien s'enfonce dans la neige à chaque pas. Il n'a qu'à chausser des raquettes: la force exercée par son poids sur la neige est répartie sur une plus grande surface et la pression diminue: il ne s'enfonce plus.
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Mesurer la pression
Quel est l’objet qui exerce la plus grande pression sur le sol quand on le frappe?
A
B
C
Contrairement aux fluides liquides, on peut facilement comprimer un fluide gazeux. On dit qu'un gaz est compressible.
Un gaz est enfermé dans un cylindre. On représente les molécules de ce gaz par des billes rouges élastiques qui sautent dans tous les sens. La pression exercée par ce gaz dépend du nombre de chocs contre la surface des parois du cylindre.
On réduit le volume à l'aide d'un piston.
volume normal
pression normale
La quantité de matière n'a pas changé, mais le nombre de chocs des molécules contre les parois a augmenté.
le volume diminue
donc la surface diminue
donc la pression augmente
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grande
pression
petite
surface
Volume et pression d’un gaz
Une relation simple lie la pression et le volume d’un gaz: Lorsqu’on diminue de moitié le volume, la pression est multipliée par deux. Autrement dit, le produit du volume par la pression reste constant. On peut écrire:
PV = constante
Une animation permet de comprendre. Clique et modifie les valeurs.
Il existe différentes unités pour mesurer la pression:
Les unités de pression
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le pascal (Pa) est égal à une force de 1 newton (N) répartie sur une surface de
1 m2. C'est l'unité légale de pression. D'autres unités sont aussi utilisées:
le bar (bar)1 bar = 100 000 Pa
le millibar (mbar)1 mbar = 100 Pa
l'atmosphère (atm)1 atm = 101 325 Pa
le millimètre de mercure (mmHg)1 mmHg = 133,3 Pa
le gramme par centimètre carré (g/cm2)1 g/cm2 = 98,0665 Pa
Le baromètre mesure la pression atmosphérique.
Le manomètre mesure la pression d'un
fluide dans un tuyau, une bonbonne de gaz,...
Le baromètre à mercure
Le baromètre anéroïde
Le baromètre à mercure a aussi beaucoup d’inconvénients:
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Il est lourd et encombrant. Le mercure pèse 13,6 fois plus que l’eau.
Il est en verre, donc fragile.
Il permet une lecture instantanée mais pas une mesure en continu des valeurs de pression.
Le mercure est toxique. Il attaque le système nerveux.
Le baromètre anéroïde permet de mesurer la pression en continu. Avant le traitement de données numériques par un ordinateur, on utilisait le tracé d’un crayon sur un papier spécial qu’on changeait chaque semaine.
vide
Evangeliste Toricelli (1608-1647)
Peinture de Lorenzo Lippi
Evangeliste Toricelli invente le baromètre à mercure en 1643. Il remplit un tube de verre avec du mercure, un métal liquide à température ambiante. Il bouche le tube avec le doigt, le retourne et le plonge dans un bac rempli de mercure. Il constate que le haut du tube fermé se vide en partie, et que le niveau de mercure se stabilise 76 centimètres (ou 760 mm) au dessus du niveau de mercure dans le bac.
C’est la première expérience qui prouve l’existence du vide.
76 cm
Le baromètre à mercure est donc très facile à réaliser: La pression atmosphérique est exactement compensée par la pression exercée par la colonne de mercure.
Lorsque la pression atmosphérique augmente, elle repousse la colonne de mercure vers le haut du tube. Il suffit de placer une règle graduée à côté du tube et on mesure la pression de l’atmosphère. L’unité utilisée est donc le millimètre de mercure.
Pa = Pl
tube ouvert
tube fermé
Il existe différents types de baromètres.
Mécanisme à ressort permettant de faire tourner le tambour
boîte métallique sur laquelle s’éxerce la pression
Le principe du baromètre anéroïde est assez simple. Un boîte métallique en forme d’accordéon se déforme dans le sens de la hauteur. Cette déformation se transmet à un bras muni d’un traceur. Le papier défile grâce à la rotation d’un cylindre.
Notre baromètre anéroïde est un peu plus sophistiqué. Quelles améliorations ont été apportées ?
Animation «gaz»
Expériences avec la pression
