TP CHAP 2 : Débit et vitesse d`écoulement

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TP CHAP 2 : Débit et vitesse d’écoulement
Physique
Chimie
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Objectif :
 Découverte des incertitudes de mesures.
 Mesures de débit volumique, de vitesse d’écoulement.
 Relation entre débit volumique et vitesse d’écoulement.
Matériel :
Sur le poste élève :
Une balance électronique
Un chronomètre
Une règle
Une masse de 100g ou 10g
Sur le poste prof :
Un vase de Mariotte
Une éprouvette 500 ml
Un chiffon
Une éponge
Une masse 10g ou 100g
Une balance
Un chronomètre
I. Incertitude de mesure : (avec le prof)
En sciences expérimentales, il n’existe pas de mesures exactes. Celle-ci ne peuvent-être
qu’entachées d’erreurs plus ou moins importantes selon le protocole choisi, la qualité des
instruments de mesure ou le rôle de l’opérateur.
I.1 Exemple d’incertitudes des appareils de mesures utilisés en TP:
- Incertitude d’une règle L.
- Incertitude de l’éprouvette graduée V.
- L’erreur de la balance digitale :
- Incertitude du temps de réaction de l’homme lors d’un chronométrage t.
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I.2 Présentation d’une grandeur mesurée avec la règle.
 Mesurer la longueur du trait : Lmes
 Présenter la mesure
=
sous la forme Lmes ± L :
L=
< L <
 Donner un encadrement de la longueur L :
I.3 Présentation d’une grandeur mesurée avec la balance digitale.
mmes =
 Peser la masse dont vous disposez :
 Calculer l’incertitude de mesure m :
 Présenter la mesure sous la forme mmes ± m :
m=
< m <
 Donner un encadrement de la masse m.
II. Débit volumique Dv ±  Dv :
Expérience :
 Fixer le tube intérieur du vase de Mariotte autour de 10 cm par rapport au fond.
 Remplir le vase de Mariotte d’eau et couper son écoulement en fixant le bouchon au-dessus.
 Indiquer un moyen pour mesurer le débit volumique du vase de Mariotte :
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MESURES :
1) Indiquer le volume du fluide écoulé sous la forme Vmesuré ± V :
V=
2) Indiquer la durée du chronométrage sous la forme tmesuré ± t :
t=
3) En déduire le débit volumique mesuré DVmes en cm3.s-1. Puis calculer l’incertitude du débit
 V t  . Ecrire le résultats sous la forme D
DV  DV  
 
v mes ±  Dv .
t 
 V
DVmes =
 Dv =
Dv = Dv mes ±  Dv =
III. Vitesse d'écoulement à l’intérieur du vase de Mariotte:
1) Proposer une technique expérimentale permettant de mesurer la vitesse moyenne v de
l’écoulement d’eau à l’intérieur du vase de Mariotte.
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MESURES :
2) Indiquer la distance parcourue par le fluide sous la forme Lmes ± L :
L=
3) Indiquer la durée du chronométrage sous la forme tmesuré ± t :
t=
4) En déduire la vitesse moyenne vmes, en cm.s-1. Puis calculer l’incertitude v  v   L  t  .
 L
t 
Ecrire le résultats sous la forme v mes ±  v :
vmes =
v =
v = v mes ±  v =
IV. Relation entre débit volumique DV et vitesse v
:
En supposant que le débit est proportionnel à la vitesse moyenne d'écoulement, la relation entre D
et v peut s'écrire :
DV = a . v avec a le coefficient de proportionnalité.
1) Quelle est l'unité de a ? Justifier
2) En déduire une relation entre DV et v.
3) Déduire des mesures de Dv et v le coefficient de proportionnalité a.
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 DV v 
.

v 
 DV
4) En déduire le diamètre dmes de la burette. Puis calculer l’incertitude d  1 d  
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Ecrire le résultats sous la forme dmes± d.
Formule utilisée :
dmes =
d =
d = dmes± d =
<d<
5) Donner un encadrement de votre diamètre d :
6) Vérifier votre valeur avec une règle :
d ± d =
V. Vitesse d’écoulement en sortie du vase de Mariotte
 Trouver un moyen de calculer la vitesse d’écoulement en sortie du vase de Mariotte.
Consigne de rédaction :
Chaque grandeur utile doit-être titrée
et être donnée avec son incertitude.
Incertitudes utiles :
S 

Incertitude de
la section (m²)
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 d
Incertitude du
diamètre (m)
 Dv S 

v  v  

S 
 Dv
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VI. FIN du TP pour les judicieux
 Que se passe-t-il sur l’écoulement de l’eau lorsque le tube intérieur du vase de Mariotte est
davantage enfoncé ?
 Expliquer le phénomène physique.
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