Introduction - Nathalie Rion

Montage n° 15
Expériences relatives à la statique des fluides ; applications.
Introduction
Pourquoi, quand je me baigne dans la mer morte, je flotte mieux que dans la mer
méditerranée ? Pourquoi le plongeur sous-marin ne doit pas remonter trop vite à la surface de
l’eau ? Comment fonctionne une presse hydraulique ? Je vais tenter de répondre à ces
questions à travers ce montage intitulé expériences relatives à la statique de fluides. Dans un
premier temps, je vais mettre en évidence le phénomène de pression atmosphérique. Ensuite,
je vais essayer de retrouver le principe de la statique des fluides. Nous verrons ensuite le
théorème de Pascal et celui d’Archimède. Ces grandes lois seront illustrées au fur et à mesure
de l’exposé, par diverses applications.
Tout d’abord, je vais définir le sujet de l’étude à laquelle il m’est demandé de répondre. La
statique des fluides est un domaine de la mécanique des fluides qui s’intéresse aux fluides
(donc aux gaz et aux liquides) au repos, donc en équilibre. Un fluide est une substance qui n’a
pas de forme propre et qui épouse les parois du récipient qui le contient. Certains fluides sont
compressibles, comme les gaz et d’autres sont incompressible, comme les liquides.
I.
Pression atmosphérique
I.1 Définition de la pression
La pression est une force par unité de surface : P(Pa=N/m2)=F(N)/S(m2). donc, à force égale,
plus la surface est petite, plus la pression est forte (cf dard de la guêpe qui arrive à trouer la
peau et le fakir qui est capable de s’allonger sur une planche de clous…). La pression s’exerce
perpendiculairement à la surface sur laquelle s’applique la force.
I.2 Mise en évidence de la pression atmosphérique
Nous vivons dans l’air qui est un fluide gazeux. Quelle est l’action de l’air sur nous et sur les objets qui
nous entourent ? Pour cela, je vais réaliser une expérience à l’aide d’une cloche à vide qui va nous
permettre de créer un environnement presque sans air.
Matériel nécessaire : Un ballon de baudruche; une cloche à vide reliée à une pompe à vide1
(électromécanique ou à eau).
Manipulation : Sous la cloche à vide, on introduit le ballon de baudruche, peu gonflé (environ
1/5 de son volume total possible. On réalise alors l'application du vide sous la cloche, de
préférence étape par étape, pour visualiser le comportement du ballon (donc du volume d'air
enfermé).
Interprétation : A partir de l'observation du comportement du ballon, on explicitera la relation
unissant pression et volume.
(1) la pression à l'intérieur de la cloche est
égale à la pression atmosphérique
Il y a équilibrage entre les forces exercées
par l’air à l’intérieur du ballon et par l’air à
l’extérieur du ballon.
(2) la pression à l'intérieur de la cloche est
inférieure à la pression atmosphérique La pression à l’intérieur du ballon est toujours égale à la
pression atmosphérique. Les forces exercées par l’air extérieur sont très faibles. La résultante
des forces exercées sur le ballon est dirigée de l’intérieur vers l’extérieur. Comme
l’augmentation du volume du ballon est homogène sur toute la surface du ballon, on peut
conclure que les forces de pression sont perpendiculaires à la surface sur laquelle elles
s’exercent.
On vient donc de montrer que l’ai qui nous entoure exerce une pression sur les objet perpendiculaire à
leur surface et que cette pression est responsable de la forme de certains objets.
Fonctionnement de la pompe à vide : pour mettre en route : fermer l’évacuation, ouvrir l’arrivée, mettre en route la
pompe. Pour arrêter : fermer l’arriver et arrêter la pompe
1
I.3
Expérience de Magdebourg
Dans l’expérience précédente, nous avons « fait le vide » autour de l’objet. Que
se passe t’il maintenant si on réalise l’expérience inverse, c’est à dire si on fait le
vide à l’intérieur d’un objet constitué de 2 hémisphères ? Il s’agit en fait de
l’expérience historique réalisée par Otto von Guericke, bourgmestre de
Magdebourg en 1657.
Deux hémisphères creux en laiton peuvent
s'appliquer l'un contre l'autre, de façon
hermétique. Un des hémisphères porte un robinet qui permet de le
visser sur une pompe à vide. On rapproche les 2 hémisphères. La
pression de l’air étant la même à l’extérieur qu’à l’intérieur, il y a
équilibrage des forces exercées sur les hémisphères. Si maintenant
on fait le vide à l’intérieur des 2 hémisphère, les seules forces qui s’exercent sont les forces de
pression exercées par l’air extérieur sur les hémisphères. Il est extrêmement difficile de les
séparer. On dit qu’il a fallu 16 chevaux lors de l’expérience réalisée par Otto von Guericke pour
séparer les 2 hémisphères.
Nous allons essayer de calculer la force F nécessaire pour séparer les 2 hémisphères. Il faut
que F soit supérieure à Fatm définie par Patm=Fatm/S avec S=πR2 avec R=5 cm.
F>105.π.(5.10-2)2=785 N cela revient à attacher une masse de 80 kg au bout d’un hémisphère.
Pression statique au sein d’un fluide
II.
II.1
air
Loi fondamentale de la statique des fluides
Nous allons essayer de vérifier la loi fondamentale de l’hydrostatique dans le
cas d’un fluide dont la masse volumique est constante dans les conditions de
l’expérience : l’eau. dP= - ρgdz (axe z orienté vers le haut)
H
air
B
h
A
M
On utilise un manomètre à liquide muni de sa capsule
manométrique que l'on plonge dans une cuve remplie d'eau.
eau
(mesure de pression relative).
manomètre
Lorsque la capsule est dans l’air, il n’y a pas de dénivellation
à liquide
dans le tube en U. La pression que l’on mesure est égale à la
pression atmosphérique. Si je plonge la capsule dans un liquide,
le liquide exerce des forces de pression sur la membrane. On observe une dénivellation dans le
tube en U proportionnelle à la différence de pression.
Nous allons essayer d’établir une relation entre variation de pression et profondeur.
 Avant d’effectuer les mesures, on peut faire remarquer que si on fait pivoter la capsule pour
une profondeur donnée, la dénivellation est la même. Les forces de pressions exercées sur la
membrane sont bien perpendiculaires à sa
surface, comme on l’a déjà vérifié
h=f(H)
qualitativement
avec
le
ballon
de
baudruche.
20
 on fait une ou 2 mesures devant le jury.
y = 0.9331x + 0.6309
Les autres on été faites en préparation.
15
 on trace la courbe h=f(H), soit p=f(H) et
on obtient une droite. + la profondeur est 10
importante, + la pression est grande. P=P0 h (cm)
gz (axe des z dirigé vers le haut et si ρ est
5
Linear (h (cm))
constante). La pression varie donc en
fonction de l’altitude.
H (cm)
h (cm)
0 3,5
8 12
14
0
4 8,4 12 14,4
17 19,5
16,4
18
0
0
10
20
30
Il y a de l’eau dans le tube en U du manomètre et un liquide dans le bac (dans notre cas, de
l’eau). On obtient une droite de pente ρliquide/ ρeau, donc, de 1 environ. (Quaranta I p193 – Bellier
p.292 – Duffait p.253)
Application
Le plongeur sous-marin : lorsqu’il descend de 10m, la pression augmente de 1 bar. Les risques
encourus par le plongeurs sont plus importants lors de la remontée. En effet, il convient de bien vider
ses poumons. Comme la pression extérieure diminue, le volume de gaz contenu dans le poumons
augmente. Risque d’explosion. Par exemple : poumons pleins (~ 5 litres) à 10 mètres, si la respiration
est bloquée jusqu'à la surface, le volume d'air a augmenté jusqu'à 10 litres, ce qui correspond à un
éclatement des poumons.
Illustration
Vases communicants de différents volumes. Fluide
coloré. Quelle que soit la forme du récipient, la surface
libre de l’eau est toujours à la même altitude = surface
isobare (p=patm). La pression dans est liquide est
constante quand on reste sur une équipotentielle de
champ. Le champ de pesanteur terrestre étant
localement uniforme, la pression est constante quand on reste sur une même horizontale.
(Quaranta I p194 – Duffait p.254)
II.2
Théorème de Pascal
II.2.1
Enoncé
la pression se transmet intégralement et instantanément dans tout
fluide incompressible.
Expérience du tricol rempli d’eau (à ras bord) (Quaranta I p 329). Si on
exerce une force de pression sur le premier bouchon, le liquide transmet intégralement cette
force de pression au reste du liquide. Le bouchon n°2 ou 3 saute… Avec un gaz, comme le
fluide est alors compressible, on n’observe pas ce phénomène.
Application : la presse hydraulique (Quaranta I p.330)
Dans 2 tubes de section différente, on a égalité des pressions : F1/S1=F2/S2. Si le piston 1 se
déplace de x1, alors le piston 2 se déplace de x2 tel que S1x1=S2x2. Une petite force F1 sur le
cylindre de petite section peut engendrer une force F 2 importante (dans le rapport inverse des
sections). Le déplacement sera grand en x1 et plus petit en x2.
II.2.2
III.
Poussée d’Archimède
III.1 Enoncé (Quaranta I p.197)
Tout corps immergé dans un fluide en équilibre subit de la part de celui-ci une force de
poussée verticale dirigée vers le haut, d’intensité égale au poids du volume de liquide
déplacé et appliquée au centre de masse C2 (ou de poussée) de ce fluide déplacé.
III.2 Vérification du théorème d’Archimède (Quaranta
I p.198 – Bellier p.294 – Duffait p.255)
On accroche 1 cylindre plein et un cylindre creux de
même volume au plateau d’une balance. On réalise
l’équilibre de la balance avec des masses. Lorsque l’on
immerge complètement le cylindre dans de l’eau, il y a
déséquilibre de la balance, puisque s’exerce sur le
2
Pour les corps homogène, le centre de poussée C coïncide avec le centre de gravité G du solide
cylindre, une poussée d’Archimède égale au poids du volume d’eau déplacé. C’est ce que l’on
va vérifier en remplissant le cylindre creux d’eau (à la seringue). L’équilibre de la balance doit
se rétablir (attention, le système est très sensible : c’est à la goutte près…). C’est la poussée
d’Archimède qui explique que l’on flotte lorsqu’on est dans l’eau et que l’on flotte encore mieux
dans de l’eau salée qui a une masse volumique supérieure à celle de l’eau, d’où le fait que l’on
flotte mieux en mer morte que dans sa baignoire !!!
III.3 Le Baroscope (Quaranta I p.430 – Duffait p.255 – Bellier p.294)
On a vu que la poussée d’Archimède s’applique dans un fluide incompressible comme l’eau.
Est-ce qu’elle s’applique dans un autre fluide tel que l’air ?
2 sphères de volume et de masse différents sont suspendues à une barre
horizontale. Les forces appliquées sur chaque sphère sont : le poids et la
poussée d’Archimède. On réalise l’équilibrage de l’ensemble (somme des
moments = 0).
Que va t’il se passer lorsqu’on va enlever l’air grâce à une cloche à vide ? de
quel côté va pencher la balance ? Si la poussée d’Archimède s’applique aussi
dans l’air, elle sera plus forte du côté de la boule la plus volumineuse. On peut
donc prévoir que la balance va pencher du côté de la boule de + grand
volume.
La poussée d’Archimède s’applique donc dans tous les fluides.
III.4 Application : mesure de la masse volumique de la glycérine (Quaranta I p.113 –
Duffait p.256)
objet : rondelle de cuivre d’environ 80g
𝑃2
𝜌2 = 𝜌1
𝑃1
On réalise un tarage avec le bécher rempli de chaque liquide
avant de mettre la masse dedans. On pèse à chaque fois le
volume d’eau déplacé, c’est à dire P1=ρ1Vg et P2=ρ2Vg. Vg=
ρ2/P2, d’où la formule ci dessus.
On a mesuré : dans le liquide 1 (eau) : P1=8,9 g ; dans le liquide 2 (glycérine) : P2=10,8 g.
D’où ρ2=1,21 g/mL (dans les tables : 1,26) (on fera un calcul d’erreurs)
III.5 Application : le sous-marin (Quaranta I p.113 – Bellier p.294)
Illustré par la manip du ludion. Lorsqu’on appuie sur la membrane, on
augmente la pression : le ludion se remplit d’eau. Le poids étant plus
important que la poussée d’Archimède, il descend. Si on arrête la
pression, il se vide et remonte, la poussée d’Archimède étant plus
grande que le poids. C’est le principe de fonctionnement des sousmarins qui remplissent leurs ballasts d’eau pour plonger ou d’air pour
refaire surface. Il y a équilibrage ou déséquilibrage constant entre
poussée d’Archimède et poids.
Le thermomètre de Galilée fonctionne également sur ce principe
Thermomètre de Galilée est un outil de mesure de la température,
basé sur le principe de la poussée d'Archimède et de la dilatation de la
matière. Sur chaque objet flottant est indiqué une valeur de température. Des objets flottants
évoluent dans un liquide, souvent de l'alcool. Ils ont tous le même volume V mais des masses
différentes. Notons m la masse de l'un de ces objets. Dans le liquide il est soumis à son poids P
= mg et à la poussée d'Archimède Π (opposé du poids du volume de fluide déplacé) qui s'écrit
Π = ρ.V.g où ρ est la masse volumique du fluide dans le tube. Cette masse volumique ρ dépend
de la température : en général, elle diminue lorsque la température augmente... donc la
poussée d'archimède diminue quand la température augmente. Supposons qu'au départ la
température est faible, alors Π est supérieure à P et l'objet flotte. Si on augmente la température
Π diminue et il arrive un moment, à une certaine température T, où P devient supérieur à Π :
l'objet commence alors à couler. Ainsi plus l'objet est léger, plus il lui faut une température
élevée pour couler. Il suffit donc de fabriquer des objets de masses différentes et de même
volume et de calculer à quelle température ils coulent. (il faut avoir la fonction ou le graphe de ρ
en fonction de T).
Conclusion
La statique des fluides est un domaine d’étude important car nous vivons au milieu de fluides :
l’air ou l’eau. La pression augmente avec la profondeur (les plongeurs le savent bien) et
diminue avec l’altitude (en haute montage, la pression est + faible) : c’est le principe de
l’hydrostatique. Nous l’avons vu, le comportement des fluides compressibles et incompressibles
est différent. On exploite surtout, dans la pratique, la transmission de pression au moyen des
fluides compressibles. Enfin, la poussé d’Archimède a de nombreuses application et explique le
phénomène d’équilibre des corps dans un fluide.
BIBLIO



Expériences de physique – Duffait – ed Bréal – statique des fluides [1] Tbien
Montages de physique – Bellier – ed Dunod – ch.15 [2]
Quaranta Méca I
Questions
Q1 : sur quoi est basée la théorie des fluides ? sur quel concept ?
R1 : sur le concept des milieux continus
Q2 : quelle est la grandeur intéressante pour savoir si on est en milieu continu ou pas ?
R2 : la densité (libre parcours moyen des molécules sur une longueur caractéristique)
Q3 : définir la pression à un niveau macro puis micro
R3 : niveau macro : P=F/S : c’est une contrainte. Niveau micro : agitation thermique des
molécules. Transfert d’impulsion sur les parois du système.
Q4 : a t’on conservation de l’énergie dans une presse hydraulique ?
R4 : il faut calculer le travail des forces sur la petite et la grande surface. W 1=F1dl1 ; W 2=F2dl2.
F2>F1, mais dl2<dl1
Q5 : que se passe t-il si on remplace l’eau par de l’air ?
R5 : ça ne fonctionne pas car l’air est compressible
Annexes
Les hémisphères de Magdebourg furent l'une des expériences les
plus intéressantes de Otto von Guericke, bourgmestre de
Magdebourg (ville d’Allemagne).
Deux hémisphères vides d'un peu plus de trente centimètres de
diamètre furent assemblés, si bien que l'air put être pompé entre eux.
La pression de l'atmosphère environnant les maintenait ensemble
fermement. En 1657, dans un essai devant la Diète et l'empereur à
Ratisbonne, il fut nécessaire d'utiliser seize chevaux pour les séparer.
Cette expérience a permis de démontrer l'action de la pression
atmosphérique. En effet, la sphère formée par les hémisphères de
Magdebourg étant vide, il n'y a aucune pression à l'intérieur alors que
la pression atmosphérique appliquée sur la surface de cette sphère
maintient les deux hémisphères bien attachés, d'où la difficulté pour
les séparer.
théorème de Pascal dont l'énoncé est le suivant :"toute variation de pression en un point
d'un liquide s'accompagne d'une égale variation de pression en tout point du liquide"
(Joyal-Provost Statique 1963)
Une des principales applications de ce théorème est la presse hydraulique qui permet de
transformer une petite force, appliquée sur une petite section, en une force plus grande
appliquée sur une section plus grande. Une expérience simple représentant le fonctionnement
de la presse hydraulique est assez difficile à réaliser.
Mais les exemples dans la vie domestique sont nombreux, citons entr'autres le fonctionnement
du système de freinage d'une voiture ou l'effort transmis par le pied du conducteur se transmet
intégralement par l'intermédiaire du fluide hydraulique au piston qui commande les freins. Ne
pas oublier que le déplacement de l'actionneur est plus important que le déplacement de
l'actionné.
La poussée d'Archimède est la force particulière que subit un corps plongé en tout ou en
partie dans un fluide (liquide ou gaz) soumis à un champ de gravité.
Cette force provient de l'augmentation de la pression du fluide avec la profondeur (effet de la
gravité sur le fluide, voir l'article hydrostatique) : la pression étant plus forte sur la partie
inférieure d'un objet immergé que sur sa partie supérieure, il en résulte une poussée
globalement verticale orientée vers le haut.
Cette poussée définit la flottabilité d'un corps.
Parmi ces derniers, son Traité des corps flottants jette les bases de ce qui sera plus tard la
science nommée hydrostatique. C'est notamment dans cet ouvrage qu'il étudie avec rigueur
l'immersion d'un corps, solide ou fluide, dans un fluide de densité inférieure, égale ou
supérieure. Le théorème qui portera plus tard le nom du savant y est ainsi énoncé (ce théorème
fut ensuite démontré au XVIe siècle).
La couronne du roi Hiéron II [modifier]
Vitruve rapporte que le roi Hiéron II de Syracuse (306-214) aurait demandé à son jeune ami et
conseiller scientifique Archimède (âgé alors de 22 ans seulement) de vérifier si une couronne
d'or, qu'il s'était fait confectionner comme offrande à Jupiter, était totalement en or ou si l'artisan
y avait mis de l'argent. La vérification avait bien sûr pour contrainte de ne pas détériorer la
couronne. La forme de celle-ci était en outre trop complexe pour effectuer un calcul du volume
de l'ornement. Archimède aurait trouvé le moyen de vérifier si la couronne était vraiment en or,
alors qu'il était au bain public, en observant comment des objets y flottaient. Il serait alors sorti
dans la rue en s'écriant le célèbre « Eurêka » (j'ai trouvé).
Ce que constate Archimède au bain public est que, pour un même volume donné, les corps
n'ont pas le même poids apparent, c'est-à-dire une masse par unité de volume différente. On
parle de nos jours de masse volumique. L'argent (masse volumique 10 500 kg·m-3) étant moins
dense que l'or (masse volumique 19 300 kg·m-3), il a donc une masse volumique plus faible. De
là, Archimède déduit que si l'artisan a caché de l'argent dans la couronne du roi, alors elle a
une masse volumique plus faible. Ainsi fut découverte la supercherie du joaillier.
Formulation du théorème d'Archimède [modifier]
Tout corps plongé dans un fluide au repos, entièrement mouillé par celui-ci ou traversant
sa surface libre, subit une force verticale, dirigée de bas en haut et opposée au poids du
volume de fluide déplacé ; cette force est appelée « poussée d'Archimède ».
Applications :
Application au cas d'un iceberg [modifier]
Considérons un morceau de glace pure à 0 °C flottant dans de l'eau de mer. Soit ρS = 0,917
kg/dm3 et ρL = 1,025 kg/dm3 (on aurait ρL = 1,000 kg/dm3 pour de l'eau pure à 3,98 °C). Le
rapport ρS / ρL (c’est-à-dire la densité relative) est de 0,895, si bien que le volume immergé V i
représente près de 90% du volume total V de l'iceberg.
Un glaçon qui fond dans un verre [modifier]
Le volume de glace immergée correspond au volume d'eau produit
par la fonte du glaçon.
Il est facile de vérifier que la fonte d'un morceau de glace pure flottant sur de l'eau pure se
produit sans changement de niveau de l'eau. Le volume de glace immergé correspond en effet
au volume d'eau liquide nécessaire pour égaler le poids du glaçon. En fondant, le glaçon
produit (par conservation de la masse) exactement ce volume d'eau, qui « bouche le trou laissé
par la disparition de la glace solide ». Le niveau d'eau reste le même. Sur la figure ci-contre, le
volume délimité en pointillé est, dans le verre de gauche, le volume de glace immergée, et dans
le verre de droite, le volume d'eau liquide produit par la fonte du glaçon.
On peut également faire le calcul suivant : si on considère, par exemple, un glaçon de 1 cm3 et
de densité 0,917 g∙cm-3 (qui contient donc 0,917 g d'eau), le volume immergé sera de
0,917 cm3 (comme pour un iceberg, la majeure partie est sous l'eau). Lorsque le glaçon aura
fondu, ces 0,917 g d'eau qui auront désormais une densité de 1 g∙cm-3 occuperont exactement
le volume qu'occupait la partie immergée du glaçon.
 Autres exemples d'application de la Poussée d'Archimède [modifier]
La salinité de la mer Morte permet à une personne de flotter tout en étant assise.
 Le principe d'Archimède s'applique à des fluides, c’est-à-dire
aussi bien à des liquides qu'à des gaz. C'est ainsi grâce à la
poussée d'Archimède qu'une montgolfière ou un dirigeable
peuvent s'élever dans les airs (dans les deux cas, un gaz de
masse volumique plus faible que l'air est utilisé, que ce soit de
l'air chauffé ou de l'hélium).
 Un plongeur se met à « couler » vers -12 m dans l'Atlantique
ou la Méditerranée car sa densité augmente avec la
profondeur (à cause de la compression croissante, particulièrement des bulles
contenues dans le néoprène de sa combinaison : sa masse ne change pas mais son
volume diminue) jusqu'à atteindre et dépasser celle du milieu ambiant.
 L'eau douce ayant une masse volumique plus faible que l'eau salée, la poussée
d'Archimède est plus forte dans la mer Morte (mer la plus salée du monde) que dans un
lac. Il est donc plus facile d'y flotter.
 Les spationautes s'entraînent aux exercices dans l'espace dans des piscines où, grâce à
la poussée d'Archimède qui équilibre leur poids, ils peuvent connaître un état qui
s'apparente jusqu'à un certain point à l'impesanteur.
 Le poids des navires (et donc leur masse volumique) variant suivant qu'ils soient en
charge ou sur lest, la poussée d'Archimède va également varier. Pour maintenir un
niveau de flottaison (tirant d'eau) constant et assumer une meilleure stabilité, les navires
sont pourvus de ballasts qu'ils peuvent remplir ou vider suivant leur cargaison ou la
salinité de l'eau dans laquelle ils naviguent.(Voir aussi carène).
 Les sous-marins contrôlent leur masse volumique en utilisant également des ballasts.
Le Thermoscope ou Thermomètre de Galilée est un outil de mesure de la
tem pérature, basé sur le principe de la poussée d'Archimède et de la
dilatation de la matière. Sur chaque objet flottant est indiqué une valeur de
température. Le premier thermomètre fut le thermoscope de Galilée, inventé
en 1597. Le premier thermomètre de Galilée était sans doute très proche de
celui à spirale en verre représenté sur la photo ci-contre. Ce thermomètre
contient de l'alcool et le long tube de verre est gradué afin de pouvoir
comparer des températures. En fonction de la température, l'alcool se
contracte - le niveau baisse - ou se dilate - le niveau augmente. Il fut utilisé
lors d'expériences de l'Accademia del cimento (Académie de l'expérience),
fondée en 1650 par Viviani, disciple et biographe de Galilée. La température
de la salle est comprise entre celle du plus haut objet qui a coulé et du plus
bas de ceux qui flottent.
Explication physique :
Des objets flottants évoluent dans un liquide, souvent de l'alcool. Ils ont tous
le même volume V mais des masses différentes. Notons m la masse de l'un
de ces objets. Dans le liquide il est soumis à son poids P = mg et à la poussée
d'Archimède Π (opposé du poids du volume de fluide déplacé) qui s'écrit Π =
ρ.V.g où ρ est la masse volumique du fluide dans le tube. Cette masse
volumique ρ dépend de la température : en général, elle diminue lorsque la
température augmente... donc la poussée d'archimède diminue quand la
température augmente. Supposons qu'au départ la température est faible, alors
Π est supérieure à P et l'objet flotte. Si on augmente la température Π diminue
et il arrive un moment, à une certaine température T, où P devient supérieur à
Π : l'objet commence alors à couler. Ainsi plus l'objet est léger, plus il lui faut une température
élevée pour couler. Il suffit donc de fabriquer des objets de masses différentes et de même
volume et de calculer à quelle température ils coulent. (il faut avoir la fonction ou le graphe de ρ
en fonction de T).
Un autre type de thermomètre de Galilée existe toujours, mais plutôt comme objet de
décoration. Ce thermomètre repose sur le principe d'Archimède du à la variation de densité des
liquides en fonction de leur température. Sensible à l'évolution de la température d'une pièce, le
liquide contenu dans le cylindre se dilate ou se contracte. Chaque boule a été pesée très
précisément afin que sa masse soit en équilibre avec la densité du liquide lorsque la
température indiquée sur son médaillon est atteinte. Lorsque c'est le cas, la boule est immobile,
en suspension. Lorsque la température ambiante diminue, le liquide devient plus dense et les
boules, plus légères, commencent à migrer une par une vers le haut. Lorsque la température
augmente, le phénomène inverse se produit.
Loi fondamentale de l’hydrostatique
 Les risques liés à une surpression élevée des gaz dans le corps sont les oedèmes
pulmonaires et les hématomes dans l’estomac.
 Une dépressurisation trop rapide lors de la remontée peut provoquer des embolies gazeuses
: lors de la plongée, l'air contenu dans les poumons (surtout le diazote) se dissout dans
l’organisme et passe dans le sang. Lors d'une remontée trop rapide, ce gaz est libéré sous
forme de bulles provoquant des embolies et des lésions plus ou moins graves.
 b) Quel est le rôle d'un caisson de pressurisation ?
L'embolie gazeuse est évitée en observant des paliers de décompression lors de la remontée.
En cas d’accident de décompression, le malade est immédiatement placé dans un caisson de
pressurisation où il est soumis à une forte pression. L'air libéré par le sang est alors réabsorbé.
Le malade est ensuite est ramené progressivement à la pression atmosphérique.
 c) Pourquoi faut-il pressuriser les cabines d’avion ?
Lorsque l’altitude de vol augmente, la pression extérieure exercée sur l'avion ............................
A très haute altitude, la pressurisation de la cabine consiste à .......................... convenablement
la pression à l'intérieur de l'appareil pour limiter les dangers.