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Niveau seconde
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Exercice L'invention du baromètre

Posté par
matappassamy
20-05-08 à 17:56

Salut a tous, j'ai un exercice de physique a faire et tout est un peu confus. Ce serait bien si quelqu'un pouvait m'aider a le faire. Merci d'avance.

Citation :

Exercice


A l'époque de Galilée, On pensait qu'il suffisait de faire le vide, en aspirant l'air contenu dans un tuyau, pour élever l'eau d'un puits. Mais les fontainiers de FLorence étaient confrontés à un problème: ils étaient incapables de faire monter l'eau au-delà d'une hauteur de 10 mètres.
En 1643, le problème fut résolu par le disciple de Galilée: E. Torricelli (1608-1647), mathématicien et physicien italien.
Il pense plutot que c'est l'air en poussant sur la surface de l'eau du puits, qui fait monter le liquide dans le tube. Pour vérifier son hypothèse, Torricelli réalise une experience avec du mercure 13,6 fois plus dense que l'eau. Il remplit de mercure un tube sur une cuve contenant du mercure. Le niveau de mercure dans le tube baisse pour se stabiliser à environ 76 cm au-dessus de la surface de mercure de la cuve.
Torricelli est alors convaincu que la poussée de l'air (la pression atmosphérique), s'exercant sur le mercure de la cuve compense le poids de la colonne de mercure, empechant le tube de se vider. L'élève de Galilée vient d'inventer un dispositif permettant de mesurer la pression atmosphérique par la hauteur d'une colonne de mercure. Le baromètre né!
Au niveau de la mer, la pression atmosphérique, considérée comme normale, vaut 760mm de mercure.

1. Qu'est-ce que le vide? Comment le décrire au niveau microscopique? Quelle devrait etre la valeur de la pression si on réussissait a faire le vide?
2. Schématiser le dispositif construit par Torricelli.
3. Comment Torricelli explique-t-il le fait que la colonne de mercure reste dans le tube à une hauteur de 76cm?
4. Le tube a un diamètre égal à 1 cm. Calculer la valeur de la force pressante exercée par l'air sur une portion de surface libre du mercure de la cuve, d'aire égale à la section du tube.
5. Quelle aurait été la hauteur de la colonne si Torricelli avait utilisé de l'eau à la place du mercure?


Merci d'avance à tous!

Posté par
Coll Moderateur
re : Exercice L'invention du baromètre 20-05-08 à 18:16

Bonjour,

Je suis prêt à t'aider à le faire.
Propose tes réponses et je te dirai ce que j'en pense.

Posté par
matappassamy
re : Exercice L'invention du baromètre 20-05-08 à 19:02

salut Coll.
1. Je pense que le vide c'est un endroit ou il n'y a RIEN. Au niveau microscopique: aucuns atomes.
Je ne sais pas pour la valeur de la pression.
2. Je pense pouvoir me débrouiller. Des suggesions sont les bienvenues!
3. Il l'explique en disant que la pression atmosphérique compense le poids du mercure, c'est donc pourquoi le mercure reste immobile et ne descend pas plus.
4. Je ne comprends pas vraiment, du moins je pense qu'il nous manque une donnée, à savoir la masse du tube et du mercure pour connaitre leur poids afin de pouvoir calculer la valeur de la pression.
5. Je ne sais pas.

P.S.: Cet exercice est vraiment très confus pour moi, d'ailleur cela doit se remarquer quand on lit mes réponses. Donc soyez indulgents svp! :$

Posté par
Coll Moderateur
re : Exercice L'invention du baromètre 20-05-08 à 19:08

Question 1 : d'accord. D'où vient la pression qu'exerce un gaz sur une paroi ? Quand il n'y a plus rien, plus de molécules de gaz, que peut valoir la pression ?

Question 3 : oui, le vocabulaire n'est pas très rigoureux ; celui de ton énoncé non plus

Question 4 : La densité du mercure vaut 13,6 fois celle de l'eau ; que vaut la masse volumique de l'eau ? Et donc que vaut la masse volumique du mercure ? Tu peux calculer la pression avec cette donnée (et avec la valeur de g = 9,81 N.kg-1, valeur que l'on connaît par cœur, au moins à Paris...)

Question 5 : Relis bien ce que je viens d'écrire pour la question 4 ; relis aussi le problème des fontainiers de Florence... et tu auras la solution

Posté par
Coll Moderateur
re : Exercice L'invention du baromètre 20-05-08 à 19:13

Question 2 : (image issue de Wikipedia)

Exercice L\'invention du baromètre

Posté par
matappassamy
re : Exercice L'invention du baromètre 20-05-08 à 19:45

Question 1: La pression vaut 0 Pa?
Question 2: Meci pour le schéma!
Question 4: En connaisant la masse volumique du mercure, on calcule son volume pour enfin déduire sa masse ensuite on multiplie par 9,81 (valeur que je connais par coeur meme si je suis a l'ile Maurice et non a Paris!) et je divise le tout par l'air du disque et je trouves la valeur de la pression?
Question 5: Je dois réfléchir d'avantage! Malheureusement il se fait tard chez moi et je dois aller me coucher mais demain je vous dis ce que j'ai trouvé après réflexion! Je pense etre sur la bonne piste!

Posté par
Coll Moderateur
re : Exercice L'invention du baromètre 20-05-08 à 21:44

Tu es tout à fait sur les bonnes pistes !

Question 1 : Eh oui, la valeur de la pression (absolue) du vide est bien 0 Pa

Question 2 : Tu peux faire un dessin stylisé à partir du schéma de droite ; mais je trouve intéressante la gravure de gauche ; c'est pour cela que je te l'ai mise.

Question 4 :
masse volumique de l'eau : 1 000 kg.m-3
masse volumique du mercure Hg = densité du mercure * masse volumique de l'eau = 13 600 kg.m-3
Volume d'une colonne cylindrique de mercure de hauteur h = 0,76 m et de diamètre D = 0,01 m
V = (.D2/4).h
Force pressante = Hg.V.g = Hg.(.D2/4).h.g(en newtons)

Question 5 : Je te laisse réfléchir !

A demain matin !

Posté par
matappassamy
re : Exercice L'invention du baromètre 21-05-08 à 18:01

salut, pour la question 5. Je trouves que l'eau serait a 5,59cm. Mais je suis sur que ce n'est pas bon car mon calcul parait trop simple. Je me suis dit qu'il doit exister une proportionalité entre le niveau de mercure et celui de l'eau donc, ce que j'ai fait j'ai divisé les 76 cm ou arrivait le mercure par 13,6 c'est ce qui me donne ce nombre de 5,59! Je suis a 99% sur que ce n'est pas bon mais... qui ne tente rien, n'a rien!
Alors? C'est bon?

Posté par
Coll Moderateur
re : Exercice L'invention du baromètre 21-05-08 à 18:36

L'eau est beaucoup (13,6 fois) moins dense que le mercure. Sa masse volumique est 13,6 fois plus faible que celle du mercure.

Pour équilibrer la même pression atmosphérique, il faut la même force sur la même surface. Cette force provenant soit du poids du mercure soit du poids de l'eau, il va falloir une hauteur d'eau 13,6 fois plus grande que celle du mercure...

0,76 m * 13,6 = 10,34 m d'eau

Voilà pourquoi les fontainiers de Florence ne pouvaient faire monter l'eau à plus d'une dizaine de mètres, même en faisant le vide au dessus de la colonne d'eau !

Posté par
matappassamy
re : Exercice L'invention du baromètre 21-05-08 à 19:12

OK merci beaucoup... comme je ne comprends pas vraiment comment on arrive a la reponse pour la question 5 je pense que je laisserai un blanc. Merci quand meme pour ton aide précieuse.
A bientot!

Posté par
Coll Moderateur
re : Exercice L'invention du baromètre 21-05-08 à 19:20

Ecris que le poids de la colonne d'eau est égal au poids de la colonne de mercure :

S * heau * eau * g = S * hHg * Hg * g

heau = hHg * Hg / eau

heau = 0,76 * 13 600 / 1 000 = 10,34 mètres

Posté par
matappassamy
re : Exercice L'invention du baromètre 21-05-08 à 19:30

c'est toujours assez confus surtout pcq je ne sais pas vraiment a quoi correspond S. Et hHg et heau corresponde respectivement a la hauteur du mercure et de l'eau?

Posté par
Coll Moderateur
re : Exercice L'invention du baromètre 22-05-08 à 08:08

Oui, désolé, j'ai fait vite et je n'ai pas expliqué mes notations :

S : surface de la colonne cylindrique (S = D2 / 4 ; si D est le diamètre de cette colonne) ; on n'aura pas besoin de calculer S

heau : hauteur de la colonne d'eau
hHg : hauteur de la colonne de mercure

S * heau = volume de la colonne d'eau
S * hHg = volume de la colonne de mercure

S * heau * eau = masse de la colonne d'eau
S * hHg * Hg = masse de la colonne de mercure

S * heau * eau * g = poids de la colonne d'eau
S * hHg * Hg * g = poids de la colonne de mercure

Posté par
matappassamy
re : Exercice L'invention du baromètre 22-05-08 à 15:14

je ne suis pas sur de bien comprendre qu'est-ce que la surface de la colonne cylindrique. C'est au programme de seconde?
Est-ce que tu aurais un site ou je pourrai trouver toutes les formules mathématiques pour les aires, volumes, etc...?

Posté par
Coll Moderateur
re : Exercice L'invention du baromètre 22-05-08 à 15:17

Le volume d'un cylindre : surface de sa base * hauteur
Ça doit être au programme de 5ème (autrefois au programme de CM1...)

On te dit que la colonne cylindrique est un cylindre...
Donc... le volume de la colonne cylindrique est le produit de sa surface de base (de sa section) par sa hauteur.

Posté par
matappassamy
re : Exercice L'invention du baromètre 22-05-08 à 16:13

Citation :
On te dit que la colonne cylindrique est un cylindre...
Donc... le volume de la colonne cylindrique est le produit de sa surface de base (de sa section) par sa hauteur.


désolé mais je ne comprends pas vraiment...
est-ce que tu pourrais m'expliquer ce qu'est la "surface de la colonne cylindrique"?
Je suis vraiment désolé de t'embeter avec cet exercice!

Posté par
matappassamy
re : Exercice L'invention du baromètre 22-05-08 à 16:20

j'ai compris la phrase bref... le voulume du cylindre est l'aire de la base du cylindre multiplié par la hauteur. Mais je ne comprends toujours pas la notion de "surface de la colonne cylindrique"

Posté par
Coll Moderateur
re : Exercice L'invention du baromètre 23-05-08 à 09:15

Volume d'un cylindre droit à base circulaire :

Exercice L\'invention du baromètre

V = S.h

Posté par
matappassamy
re : Exercice L'invention du baromètre 23-05-08 à 13:32

ah ok! je viens de comprendre!! Merci beaucoup!!!

Posté par
Coll Moderateur
re : Exercice L'invention du baromètre 23-05-08 à 14:25

Je t'en prie.
A une prochaine fois !



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