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Pression et variation de pression

Posté par
lunae
01-12-24 à 15:57

Bonjour,

Pouvez-vous me dire si ma réponse est correcte s'il vous plait ?

On considère 2 liquides non miscibles dans un manomètre. µ1 et µ2 sont les masses volumiques. La section S est la même dans les deux réservoirs et on note s1 la section du tube.

1) Trouver une relation entre h1 et h2, sachant que la pression P à la surface des 2 liquides est la même.

2) On varie maintenant la pression au-dessus du réservoir numéro 1 de ΔP. Cela entraîne un déplacement de la surface de séparation entre les liquides (que l'on notera x). Exprimer x et déterminer le rapport x/ΔP.

On a µ1 = 1000kg/m³ ;  µ2 = 1050kg/m³ ; S = 125 cm² et s1 = 1,5cm²

1) Je trouve h2 = (µ1/µ2)*h1 et h1 = (µ2/µ1)*h2.

2) On a ΔP = μ1*g(h1+x)-μ2*g(h2-x)

ce qui donne ΔP = μ1*g*x(1+(μ1/μ2))

soit x/ΔP = 1/(μ1*g(1+(μ1/μ2)))

Résultat : x/ΔP ≈ 5,12*10-5  m³/N

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Posté par
vanoise
re : Pression et variation de pression 01-12-24 à 16:53

Bonjour
D'accord pour 1)
Pour 2 : tu sembles considérer que le déplacement de l'interface de la distance "x" ne modifie pas les altitudes des surfaces libres dans les deux réservoirs, ce qui serait une bonne approximation pour S>>s1. Ici, l'énoncé fournit les valeurs de S et s1 ; je pense donc qu'il faut faire intervenir le rapport s1/S dans le résultat en considérant que les volumes des deux liquides restent fixes.

Posté par
lunae
re : Pression et variation de pression 01-12-24 à 19:34

On a S*x = s1*h
avec h = déplacement du liquide 2

Soit h = (S/s1)*x

Cela donne : ΔP = μ1*g(h1+x) - μ2*g(h2-h) = μ1*g(h1+x) - μ2*g(((μ1/μ2)*h1)-((S/s1)*x)) = μ1*g*x+μ2*g*((S/s1)*x) = (μ1+μ2*(S/s1))*g*x

Donc x/ΔP = 1 / ((μ1+(μ2*(S/s1)))*g)

Résultat : x/ΔP ≈ 1,13*10-6  m³/N

Posté par
vanoise
re : Pression et variation de pression 01-12-24 à 20:11

La situation n'est pas si simple. Il faut s'intéresser aux variations d'altitudes des trois surfaces et supposant que les volumes des deux liquides restent fixes.
Quand l'interface s'enfonce de x, le réservoir 1 perd le volume s1.x ; la surface libre du réservoir 1 s'enfonce donc de"d" tel que S.d=s1.x (conservation du volume du liquide 1)
Donc : la surface libre du liquide 1 s'enfonce de x.(s1/S) quand l'interface s'enfonce de x. La hauteur de liquide 1 augmente donc de : x.[1-s1/S) et la hauteur totale du liquide 1 devient :

h_{1}+x.\left(1-\frac{s_{1}}{S}\right)
Je te laisse réfléchir et raisonner sur la conservation du volume du liquide 2 afin déterminer par quoi il faut remplacer h2 dans la relation fondamentale de la statique.

Posté par
lunae
re : Pression et variation de pression 01-12-24 à 21:05

Du coup on a ΔP = μ1*g(h1+x(1-s1/S)) - μ2*g (h2-s1/S*x) ?

Posté par
vanoise
re : Pression et variation de pression 01-12-24 à 21:14

Non. Il faut d'abord tenir compte de la conservation du volume du liquide 2. Quand l'interface descend de x, cela fait remonter le volume s1.x dans le réservoir 2. L'altitude de la surface libre du liquide 2 augmente donc de x.s1/S... Je te laisse continuer...

Posté par
lunae
re : Pression et variation de pression 01-12-24 à 22:12

La hauteur totale du liquide 2 est h2+s1/S*x

Donc  ΔP = μ1*g(h1+x(1-s1/S))-μ2*g(h2+s1/S*x)

Et on trouve x/ΔP = 1 / g(μ1(1-s1/S)+μ2*s1/S) ?

Posté par
vanoise
re : Pression et variation de pression 01-12-24 à 22:19

Pas tout à fait. Pour le liquide 2, l'interface descend de x alors que la surface libre monte de x.s1/S donc il faut remplacer h2 par :
h2+x+x.s1/S.

Posté par
lunae
re : Pression et variation de pression 01-12-24 à 22:33

On a donc :

hauteur totale du liquide 1 = h1+x(1-s1/S)
hauteur totale du liquide 2 = h2+x+x(s1/S)

Cela donne : ΔP = μ1*g(h1+x(1-s1/S))-μ2*g(h2+x+x(s1/S))

Donc : x/ΔP = 1/g(μ1(1-s1/S)+μ2(1+s1/S)) ?

Posté par
vanoise
re : Pression et variation de pression 01-12-24 à 22:43

Comment appliques- tu le principe de la statique des fluides ? N'oublies pas que, selon le schéma : 2> 1 .
D'accord maintenant pour les dénivelés mais pas pour la suite.

Posté par
lunae
re : Pression et variation de pression 01-12-24 à 22:49

Je ne vois pas où se trouve mon erreur. J'ai bien remplacé h2 par h2+x+x*s1/S ?

Posté par
vanoise
re : Pression et variation de pression 01-12-24 à 23:14

Tu as un problème de signe. Je note Po la pression au dessus des deux réservoirs à la question 1. Pour la question 2, la pression à l'interface s'écrit de deux façons différentes :

P_{o}+\Delta P+\mu_{1}.g.\left[h_{1}+x.\left(1-\frac{s_{1}}{S}\right)\right]=P_{o}+\mu_{2}.g.\left[h_{2}+x.\left(1+\frac{s_{1}}{S}\right)\right]

Je te laisse simplifier et terminer. Pour x>0, tu dois logiquement trouver P>0 sachant que µ21.

Posté par
lunae
re : Pression et variation de pression 01-12-24 à 23:25

Donc x=(ΔP-μ2*g*h2+μ1*g*h1)/(g*(μ2(1+s1/S)-μ1(1-s1/S)))

Cela donne : x/ΔP = 1 / (g(μ2(1+s1/S)-μ1(1-s1/S))) ?

Posté par
vanoise
re : Pression et variation de pression 02-12-24 à 14:04

Oui. Tu peux remarquer que, pour obtenir une très bonne sensibilité du dispositif à détecter de faibles variations de pression, il faut que \left[\mu_{2}-\mu_{1}+\frac{s_{1}}{S}\cdot\left(\mu_{2}+\mu_{1}\right)\right] soit le plus petit possible, ce qui correspond à deux masses volumiques les plus proches possibles et à s1 nettement inférieure à S. Cependant, il n'est pas évident de trouver deux liquides non miscibles de masses volumiques très proches.

Posté par
lunae
re : Pression et variation de pression 02-12-24 à 20:57

Pour l'application numérique, je peux garder les mêmes unités que dans l'énoncé ?

Posté par
vanoise
re : Pression et variation de pression 02-12-24 à 21:05

De par son expression, X/P  se mesure logiquement en m/Pa mais, sachant que P=F/S dans certains cas : 1Pa=1N/m2 . On voit bien que :
1m/Pa=1m3/N

Posté par
lunae
re : Pression et variation de pression 02-12-24 à 22:13

Du coup on a :
x en mètres
Δ𝑃 en pascals
𝑔 en m/s^2
𝜇1 et 𝜇2 en Pa*s
𝑠1 et 𝑆 en m^2

Posté par
vanoise
re : Pression et variation de pression 02-12-24 à 22:46

Quand on a le choix,on choisit l'unité qui paraît la plus simple compte tenu de la définition de la grandeur. Une masse volumique se mesure comme une masse divisée par un volume . L'unité la plus usuelle et la plus parlante pour une masse volumique est donc le kg/m3. On pourrait utiliser le Pa.s2/m2 (pas le Pa.s) , mais cela ne présente aucun intérêt pratique. D'accord avec tes autres unités.



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