Introduction :

Vous avez peut-être gonflé un ballon ou un ballon jusqu'à ce qu'il soit complètement gonflé ; cette inflation est le résultat du mouvement des particules d'air à l'intérieur de l'objet, comme le montre la Figure 14. Ces particules se déplacent, entrant en collision les unes avec les autres et avec les parois internes de l'objet. Chaque fois qu'une particule entre en collision avec la paroi interne, elle exerce une force soit en poussant, soit en tirant. Comme étudié précédemment, la somme de ces forces crée une pression d'air. La pression, notée P, équivaut à la force appliquée sur une surface divisée par la surface totale sur laquelle elle agit.

Force et Surface :

De l'équation ci-dessus, il est évident que la pression dépend à la fois de la force et de la surface qu'elle affecte. Augmenter la force sur une surface spécifique augmente la pression, tandis que la diminuer réduit la pression. La relation entre la pression et la force est directe, tandis qu'avec la surface, elle est inverse, comme illustré dans la Figure 15.

Facteurs influençant la pression :

Pression de l'air :

L'air atmosphérique exerce une force significative sur nous, appelée pression atmosphérique. Au niveau de la mer, la pression atmosphérique standard est de 101,3 kilopascals, équivalant à une force d'environ 101 300 newtons par mètre carré. Malgré sa force, nous ne ressentons ni ne voyons cette pression. Pascal a expliqué cela en démontrant qu'en montant à des altitudes plus élevées, où il y a moins de particules d'air, la pression atmosphérique externe diminue, permettant à l'objet de se dilater.

Équilibre de pression :

Le corps peut supporter la pression atmosphérique externe grâce à la pression interne des fluides à l'intérieur de celui-ci, créant un équilibre. Cela est exemplifié par l'athlète dans la Figure 17, dont le corps supporte les pressions externes et internes, l'empêchant de s'effondrer.

Changements de pression atmosphérique :

La pression atmosphérique change avec l'altitude. À mesure que l'altitude augmente, la pression atmosphérique diminue en raison de la plus faible densité des particules d'air, entraînant moins de collisions et, par conséquent, une pression réduite. Pascal a démontré ce concept en montant un ballon partiellement gonflé au sommet d'une montagne, provoquant son expansion.

Voyages aériens et pression :

Pendant les voyages aériens, les changements de pression atmosphérique peuvent causer des inconforts tels que le blocage des oreilles. La pression à l'intérieur des oreilles devient plus grande que à l'extérieur, piégeant de l'air qui se libère finalement, créant un son de claquement. Les avions sont conçus pour atténuer les changements soudains de pression, assurant un voyage plus confortable.

Changements de pression des gaz :

La pression des gaz confinés change également avec les variations des conditions, notamment les changements de volume et de température. Presser une partie d'un ballon rempli de gaz augmente la pression, tandis que l'expansion du ballon diminue la pression, en supposant une température constante.

Pression et volume :

Appuyer sur une partie d'un ballon rempli d'air provoque l'expansion d'une autre partie. Cela est dû au fait que les particules compressées occupent un espace plus petit, entraînant plus de collisions avec les parois internes et générant une pression accrue. Cette relation est inversement proportionnelle - une augmentation du volume réduit la pression, en supposant une température constante. Consultez la Figure 19 pour une visualisation du mouvement des particules.

En conclusion, le principe de Pascal illustre la relation complexe entre la force, la surface et la pression, mettant en évidence comment les changements de ces facteurs affectent les propriétés physiques des gaz et des fluides.

Pression et Température :

Lorsque le volume d'un gaz confiné reste constant, sa pression change avec une variation de température. Une augmentation de la température du gaz entraîne une augmentation de l'énergie cinétique de ses particules, les faisant se déplacer plus rapidement et entrer en collision plus fréquemment. En conséquence, la pression augmente. La relation entre la pression et la température est connue sous le nom de relation inverse. En d'autres termes, à mesure que la température d'un gaz confiné augmente, sa pression augmente à volume constant, comme le montre la Figure 20.

Pourquoi un récipient hermétiquement fermé contenant de l'air rétrécit ou se brise-t-il après congélation ?

Flottabilité ou immersion :

Vous avez peut-être remarqué que vous vous sentez plus léger dans l'eau. Lorsque vous êtes immergé dans l'eau, la pression de l'eau vous affecte et vous pousse dans toutes les directions. Plus vous allez profondément dans l'eau, plus la pression de l'eau est élevée, car la pression de l'eau augmente avec la profondeur. La pression poussant la surface inférieure d'un objet immergé vers le haut est supérieure à la pression agissant sur la surface supérieure vers le bas. Cette différence de pression crée une force appelée force de flottabilité, comme le montre la Figure 21. Un objet flotte si la force de flottabilité équivaut à son poids et coule si la force de flottabilité est inférieure à son poids.

Principe d'Archimède :

Qu'est-ce qui détermine la force de flottabilité ? Le principe d'Archimède stipule que la force de flottabilité agissant sur un corps immergé dans un fluide est égale au poids du fluide déplacé par ce corps. Placer un objet dans un récipient rempli à ras bord d'eau, comme dans la Figure 22, fait déborder un peu d'eau. En pesant l'eau renversée (eau déplacée), vous pouvez déterminer la

 force de flottabilité agissant sur l'objet. La densité aide à comprendre si un objet flottera ou coulera. La densité, définie comme la masse divisée par le volume, joue un rôle crucial dans la flottabilité.

Principe de Pascal :

Que se passe-t-il lorsque vous marchez sur un récipient en plastique hermétiquement fermé rempli d'eau ? La pression supplémentaire est uniformément répartie dans toute l'eau à l'intérieur du récipient en raison de l'absence d'une sortie. Le principe de Pascal stipule qu'une augmentation de la pression sur un fluide confiné, résultant d'une force externe, est transmise également à toutes les parties du fluide. Les systèmes hydrauliques, tels que les ascenseurs hydrauliques et les fauteuils dentaires, fonctionnent en se basant sur le principe de Pascal, comme illustré dans la Figure 23. La Figure 24 illustre des pistons hydrauliques ; la force appliquée au piston de gauche génère une pression supplémentaire sur le fluide confiné, qui est ensuite transmise au piston de droite. Si les surfaces des pistons sont égales, les forces le sont également. Si la surface du piston de droite est relativement plus grande, une force plus importante est générée, permettant aux pistons hydrauliques de soulever des objets lourds avec des forces relativement faibles.

Pompes de puissance :

Un jet puissant d'eau émerge lorsqu'une pression est appliquée à un récipient rempli de fluide, appelé pompe de puissance. Des exemples incluent les tubes de dentifrice, les bouteilles de moutarde et certaines bouteilles de ketchup. Dans le cœur humain, il y a deux pompes de puissance - l'une propulse le sang du cœur aux poumons pour l'oxygénation, et l'autre propulse le sang riche en oxygène du cœur vers le reste du corps, comme le montre la Figure 25.

Conclusion :

Comprendre l'importance des forces et des pressions dans notre vie quotidienne et leur impact sur divers phénomènes autour de nous est crucial. Nous avons exploré comment le mouvement des particules d'air à l'intérieur d'une balle ou d'un ballon peut conduire à l'inflation et comment la pression est influencée par la force et la surface, que ce soit dans le contexte du corps humain ou dans le cas des liquides et des gaz. De plus, nous avons plongé dans le principe d'Archimède, expliquant les phénomènes de flottabilité et d'immersion, et comment le principe de Pascal est utilisé dans les systèmes hydrauliques pour soulever efficacement des charges lourdes. Enfin, nous avons discuté des pompes de puissance et de leur capacité à générer des forces faibles pour soulever des liquides.

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