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Niveau seconde
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Exercice physique sur la pression

Posté par
elie97
21-12-15 à 17:36

Bonsoir j'ai un problème avec mon exercice, je n'y arrive pas pouvez vous m'aider s'il vous plaît, je vous remercie d'avance...

Énoncé:
Un homme s'équipe sur un bateau pour aller plonger. Il met un masque "bas de gamme" sur lequel on peut lire: Fmax=4500N
La surface du masque est de 80cm2.
Donnees:
p (rhô )(mer)=1,08g.ml-1
g=9,81N.Kg-1
P (atm)=1013HPa
1. Calculer la pression a laquelle est le plongeur si celui-ci est à 32 m de profondeur.
2. Calculer la force pressante s'exerçant à l'intérieur et à l'extérieur du masque à 0 m de profondeur.
3. Faire un schéma
4.calculer la force pressante s'exerçant à l'exterieur du masque à 32 mètres de profondeur
5. Faire un schéma en admettant que la pression a l'intérieur du masque est restée inchangée
6.calculer la pression Pmax à laquelle le masque peut être soumis.en déduit la profondeur maximale que peut atteindre le plongeur.
7. Le plongeur descend au-delà de 32 m et  voit son masque se fissurer. affolé il remonte d'un seul trait à la surface et cela en bloquant sa respiration. qu'arrive t'il  a ses poumons de 7 L une fois arrivés à la surface (justifier par le calcul)

Posté par
gbm Webmaster
re : exercice phisyque sur la pression 21-12-15 à 19:05

Salut,

Dommage que tu ne cherches pas à appliquer ton cours.

Quelques indications, je propose malgré tout que tu le fasses :

1. Utilise le principe fondamental de l'hydrostatique.

2. En surface, on est à la pression atmosphérique : Patm à convertir en Pa.
Or par définition de la pression s'exerçant sur une surface S :

Patm = Fatm/S

donc Fatm = ? N

S surface sur laquelle s'exerce la forme (S en m²).

3. A faire

4. En question 1. tu as calculé la pression à cette profondeur : P(32 m).

De la même façon, P(32 m) = F(32 m)/S donc F(32 m) = ?

(attention aux conversions d'unité)

5. A faire.

6. D'après l'énoncé Fmax = 4500 N
donc Pmax = Fmax/S = ... Pa

(attention aux conversions d'unité)

Puis connaissant la pression, tu peux utiliserla relation fondamentale de l'hydrostatique pour déterminer la profondeur.

7. Pense à la loi des gaz parfaits et propose-moi un raisonnement.

Posté par
elie97
re : Exercice physique sur la pression 22-12-15 à 09:54

Je ne comprends toujours pas qu'est ce que Fatm? Je ne comprends pas non plus la 4, pour la 1 je pense que c'est 4,2b et je n'y arrive pas avec le principe de l'hydrostatique.

Posté par
gbm Webmaster
re : Exercice physique sur la pression 22-12-15 à 18:27

Dès qu'une surface est soumise à une pression, on peut déterminer une force équivalente appliquée sur cette même surface.

A z = 0 m, tu es en surface de l'eau, donc à Patm. Le casque est donc soumis à une force équivalente Fatm = Patm x S non ?

Ensuite, pour la question 1, peux-tu détailler ton raisonnement stp ?
Que te dit ton cours pour déterminer une pression en fonction de la profondeur ?

Posté par
elie97
re : Exercice physique sur la pression 22-12-15 à 19:11

Pour la 1 sachant que tous les 10 m on gagne un bar,
J'ai fait 32b+1b=4,2b
2. Fatm=101300×0,0008
                 =81,04N
4. F (32m)=P (32m)×S
F(32m)=4,2×0,0008
F (32m)=0,00336N
Pour la 6 j'ai tout essayer mais je n'y arrive toujours pas et pour la 7 je croyais à ors compris mais au final non ce n'est pas cohérent mais le reste est il bon?

Posté par
gbm Webmaster
re : Exercice physique sur la pression 22-12-15 à 20:49

Pourquoi tous les 10 m on gagne 1 bar ?
Tu sors ça d'où ?

Posté par
elie97
re : Exercice physique sur la pression 22-12-15 à 21:10

C'est mon prof qui me l'a dit

Posté par
elie97
re : Exercice physique sur la pression 22-12-15 à 21:18

Donc du coup  quoi?

Posté par
gbm Webmaster
re : Exercice physique sur la pression 23-12-15 à 11:43

La pression crie "maman j'ai peur" au-delà de 300 m, c'est mon prof qui me l'a dit .
Je te taquine ! Ce que je voulais dire, c'est qu'il faut le démontrer ton propos ou du moins le vérifier (avec picard par exemple il y a peu, on s'est rendu compte qu'un énoncé d'exercice était complètement erroné, d'où mon appel à ton esprit critique tout le temps).

Je te conseille très fortement de t'imprimer cette fiche et d'en retenir les principales notions (clique sur la maison) :



Donc si on reprend le schéma de cette fiche (à adapter à la question 3 puis 5) :

Exercice physique sur la pression

Enoncé de la relation fondamentale de l'hydrostatique :
La différence de pression, entre deux points d'un liquide homogène au repos, est proportionnelle à la différence de niveau h entre les deux point, et au poids volumique \rho.g de ce liquide :

\boxed{\Delta P = P_B - P_A = \rho.g \times h =  \rho.g \times (z_B - z_A)}

Posté par
gbm Webmaster
re : Exercice physique sur la pression 23-12-15 à 11:54

Question 1 :
Si on reprend cette relation fondamentale :
P(32~m) - P(atm) = \rho.g \times h \Leftrightarrow P(32~m) = \rho.g \times h +  P(atm)

Application numérique :

\rho=1080 ~kg/m^3 \\ g =9,81~N/kg \\ h = 32~m \\ P(atm) = 1,013 \times 10^5~Pa

alors

P(32~m) = \rho.g \times h +  P(atm) \\ P(32~m) = 1080 \times 9,81 \times 32 + 1,013 \times 10^5 \\ P(32 ~m) = 3,39 \ 10^5 + 1,013 \times 10^5 ~Pa \\ P(32~m)= 4,40 ~bar

On retrouve presque la remarque de ton professeur, mais c'est un ordre de grandeur puisqu'on est plus proche de 1,06 ~bar.

Posté par
gbm Webmaster
re : Exercice physique sur la pression 23-12-15 à 12:07

Question 2 :

par définition de la pression (à retenir) :

P(atm) = \dfrac{F(atm)}{S} \Leftrightarrow F(atm) = P(atm) \times S

Application numérique :

P(atm) = 1,013 \times 10^5 ~Pa \\ S = 80 ~cm^2 = 80 \times 10^{-4} ~m^2

alors

F(atm) = 1,013 \times 10^5 \times 80 \times 10^{-4} ~N \\ F(atm) = 1,013 \times 80 \times 10~N \\ F(atm) = 810,4 ~N

Question 3 :
S'inspirer du schéma de la fiche

Question 4 :
A 32 m de profondeur, on a montré en question 1 que la pression exercée sur la partie extérieure du casque est P(32~m) = 4,40 \times 10^5 ~Pa.

Finalement par application de la définition de la pression :

F(32~m) = P(32~m) \times S  \\ F(32~m) = 4,40 \times 10^5  \times 80 \times 10^{-4} ~N \\ F(32~m) = 4,40 \times 80 \times 10~N \\ F(32~m) = 3520 ~N

Question 5 :
Idem, adapter le schéma de la fiche

Question 6 :
F(max) = 4500 ~N

donc par application de la définition de la pression :

P(max) = \dfrac{F(max)}{S} \\  \\ P(max) = \dfrac{4500}{80 \times 10^{-4}} ~Pa \\ P(max) = 5,63 ~bar

puis si on reprend la relation fondamentale de l'hydrostatique, tu trouves quelle profondeur ?

J'attends aussi ta proposition pour la 7 !

Posté par
elie97
re : Exercice physique sur la pression 23-12-15 à 12:27

Ah mince il y a eu un bug je viens tout juste de recevoir les réponses pour les questions donc du coup ne vous préoccupez pas de mon dernier message

***Relance supprimée suite à pb de rafraîchissement de la page***

Posté par
elie97
re : Exercice physique sur la pression 23-12-15 à 13:26

Pour le profondeur j'ai trouvé P(max)=4500×80×10 (puissance -4)
P (max)=36m
Et pour la 7 je ne trouve pas tous les résultats sont incohérents...
😕

Posté par
gbm Webmaster
re : Exercice physique sur la pression 23-12-15 à 15:53

Non !

Citation :
P(max)=4500×80×10 (puissance -4)

--> tu m'écris P(max) = F(max) \times S ce qui est complètement faux et pas en accord avec la définition que je t'ai rappelée plus haut ...

Concentre-toi un peu.

Par définition (à retenir par coeur) :
P(max) = F(max)/S

F(max) en N
S en m²
P(max) en Pa


Question 6
Si on réapplique le principe fondamentale de l'hydrostatique :

h = \dfrac{P(max) - P(atm)}{\rho.g}  = \dfrac{5,63-1,013}{1080 \times 9,81} = 43,6 ~m

Question 7
Comment écris-tu la loi des gaz parfaits ?

Posté par
elie97
re : Exercice physique sur la pression 23-12-15 à 16:13

La loie des gaz parfaits:
P×V=contente  non?

Posté par
gbm Webmaster
re : Exercice physique sur la pression 23-12-15 à 16:17

La loi des gaz parfaits :

P x V = constante.

Qu'est-ce qui te permet d'écrire cela pour le volume intérieur des poumons (je veux dire quelles hypothèses utilises-tu) ?

Posté par
elie97
re : Exercice physique sur la pression 23-12-15 à 17:47

On utilise l'hypothèse  que à l'intérieur comme à l'extérieur du casque ça ne changera pas comme c une constante

Posté par
gbm Webmaster
re : Exercice physique sur la pression 23-12-15 à 18:12

Je me permets de te remettre l'énoncé de la question 7 :

Citation :
7. Le plongeur descend au-delà de 32 m et voit son masque se fissurer. affolé il remonte d'un seul trait à la surface et cela en bloquant sa respiration. qu'arrive t'il a ses poumons de 7 L une fois arrivés à la surface (justifier par le calcul)

Si on considère un volume d'air fini dans les poumons :

d'après la loi des gaz parfaits :

P x V = n x R x T

n = constante dans les poumons car on considère que le plongeur retient sa respiration

R = cste ça c'est simple

T = cste car on va supposer que le corps régule la température dans les poumons.

alors oui P x V = cste.

Soit la remontée depuis la profondeur de 32 m à 0 m (surface de la mer) :

P(32 m) x V(32 m) = P(atm) x V(atm)

ensuite ?

Posté par
elie97
re : Exercice physique sur la pression 23-12-15 à 18:54

Ensuite on remplace:
4,40×7=101300×7

Posté par
gbm Webmaster
re : Exercice physique sur la pression 23-12-15 à 19:25

C'est faux ...

Et en plus pas homogène ...

Je t'ai rappelé les unité SI pour chaque formule et tu t'entêtes à ne pas suivre mes conseils.

P(32 m) = 4,40 bar --> pas en Pa
V(32 m) = 7 L --> pas en m3
P(atm) = 1,013.105 Pa --> il faut utiliser les puissances, ce qui est plus simple pour les calculs scientifiques
V(atm) = 7 L c'est faux ! C'est la valeur que l'on cherche par le calcul ...

Posté par
elie97
re : Exercice physique sur la pression 23-12-15 à 20:42

Doc du coup on fait:     =4,40×10 (puissance 5)×0,007=1,013×10(puissance 5)×V (atm)
=3080=1, 013×10 (puissance5)×V (atm)
V(atm)=1,013×10 (puissance5)÷3080
V (atm)=32,9

Posté par
gbm Webmaster
re : Exercice physique sur la pression 24-12-15 à 09:37

Pourquoi ne pas mener le calcul littéral jusqu'au bout avant de faire l'application numérique ?
A cela s'ajoute qu'un volume final sans unité n'a aucun sens.

P(32 m) x V(32 m) = P(atm) x V(atm) 

<=> V(atm) = P(32 m)/P(atm) x V(32 m) 


Application numérique :
P(32 m) = 4,40.105 Pa
P(atm) = 1,013.105 Pa
V(32 m) = 7 L = 7 dm3 = 7.10-3 m3

alors V(atm) = 4,40/1,013 x 7.10-3 = 30,4 L

Je ne trouve pas la même chose que toi, tu remarqueras donc qu'il est important de mener son calcul littéral jusqu'au bout PUIS de faire l'application numérique d'une seule traite.

Conclusion ?
Qu'arrive-t-il à ses poumons une fois arrivé en surface ?

Posté par
elie97
re : Exercice physique sur la pression 24-12-15 à 10:56

Je ne sais pas, ses poumons quadruple de volume?

Posté par
gbm Webmaster
re : Exercice physique sur la pression 24-12-15 à 12:41

Imagine un ballon que tu gonfles au maximum à 32 m de profondeur.

Tu remontes à la surface avec, que va-t-il se passer à ton avis ? Il éclatera du fait que sa membrane ne va pas supporter un volume quatre fois supérieur ...

Lis le paragraphe sur les poumons de cette article en cliquant sur la maison :



Dis-moi, as-tu davantage un profil littéraire ?

Posté par
elie97
re : Exercice physique sur la pression 24-12-15 à 13:45

Oui merci beaucoup pour votre aide et je vous souhaite de passer de joyeuses fêtes de fin d'année.

Posté par
gbm Webmaster
re : Exercice physique sur la pression 24-12-15 à 14:20

Je t'en prie, imprime bien la fiche et révise les principales notions vue :
* définition d'une pression ;
* relation fondamentale de l'hydrostatique ;
* unités SI et conversions.

Je te souhaite également un très bon réveillon de Noël !



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