L'hydrostatique est un domaine de la physique qui étudie les liquides au repos. Cette branche fait intervenir plusieurs concepts tels que la densité, la pression, le volume et la flottabilité.
Principaux concepts de l'hydrostatique
Densité
La densité détermine la concentration de matière dans un volume donné.
Concernant la densité du corps et du fluide nous avons :
- Si la densité du corps est inférieure à la densité du fluide, le corps flottera à la surface du fluide ;
- Si la densité du corps est égale à la densité du fluide, le corps sera en équilibre avec le fluide ;
- Si la densité du corps est supérieure à la densité du fluide, le corps coulera.
Pour calculer la densité, la formule suivante est utilisée :
d = m/v
étant,
ré: densité
m: Pâtes
v: le volume
Dans le système international (SI) :
- la densité est en grammes par centimètre cube (g/cm3), mais il peut aussi être exprimé en kilogrammes par mètre cube (kg/m3) ou en grammes par millilitre (g/ml);
- la masse est en kilogrammes (Kg);
- le volume est en mètres cubes (m3).
Lisez aussi sur le Densité et le densité de l'eau.
Pression
La pression est un concept essentiel de l'hydrostatique, et dans ce domaine d'étude on l'appelle pression hydrostatique. Il détermine la pression que les fluides exercent sur les autres.
À titre d'exemple, nous pouvons penser à la pression que nous ressentons lorsque nous nageons. Ainsi, plus nous plongeons profondément, plus la pression hydrostatique est élevée.
Ce concept est étroitement lié à la densité du fluide et à l'accélération de la gravité. Par conséquent, la pression hydrostatique est calculée à l'aide de la formule suivante :
P = ré. H. g
Où,
P: pression hydrostatique
ré: densité liquide
H: hauteur de liquide dans le récipient
g: accélération de la pesanteur
Dans le système international (SI) :
- la pression hydrostatique est en Pascal (Pa), mais l'atmosphère (atm) et le millimètre de mercure (mmHg) sont également utilisés ;
- la densité du liquide est en grammes par centimètre cube (g/cm3);
- la hauteur est en mètres (m);
- l'accélération de la pesanteur est en mètres par seconde au carré (m/sec2).
Noter: A noter que la pression hydrostatique ne dépend pas de la forme du récipient. Cela dépend de la densité du fluide, de la hauteur de la colonne de liquide et de la gravité du lieu.
Vouloir en savoir davantage? Lisez aussi sur le Pression atmosphérique.
Flottabilité
La poussée, également appelée poussée, est une force hydrostatique qui agit sur un corps immergé dans un fluide. Ainsi, la poussée d'Archimède est la force résultante exercée par le fluide sur un corps donné.
À titre d'exemple, nous pouvons penser à notre corps qui se sent plus léger lorsque nous sommes dans l'eau, que ce soit dans la piscine ou la mer.
A noter que cette force exercée par le liquide sur le corps était déjà étudiée dans l'Antiquité.
Le mathématicien grec Archimède est celui qui a réalisé une expérience hydrostatique qui lui a permis de calculer la valeur de la force de flottabilité (verticale et ascendante) qui rend un corps plus léger à l'intérieur d'un fluide. Notez qu'il agit dans le sens inverse de force poids.
Actionnement de la force de flottabilité et de la force de poids
Ainsi, la déclaration du Théorème d'Archimède ou la loi de flottabilité est :
“Tout corps immergé dans un fluide reçoit une impulsion ascendante égale au poids du volume du fluide déplacé, par conséquent, les corps plus denses que l'eau coulent, tandis que les moins denses flotter”.
Concernant la poussée d'Archimède, on peut conclure que :
- Si la force de flottabilité (E) est supérieure à la force de poids (P), le corps remontera à la surface ;
- Si la force de flottabilité (E) a la même intensité que la force de poids (P), le corps ne montera ni ne tombera, restant en équilibre ;
- Si la force de flottabilité (E) est inférieure à la force de poids (P), le corps coulera.
Rappelez-vous que la force de flottabilité est un Grandeur de vecteur, c'est-à-dire qu'il a une direction, un module et un sens.
Dans le Système International (SI), la poussée (E) est donnée en Newton (N) et calculée par la formule suivante :
E = dF. Vfd. g
Où,
ET: force de flottabilité
réF: densité du fluide
Vfd: volume de fluide
g: accélération de la pesanteur
Dans le système international (SI) :
- la masse volumique du fluide est en kilogrammes par mètre cube (kg/m3);
- le volume de fluide est en mètres cubes (m3);
- l'accélération de la pesanteur est en mètres par seconde au carré (m/sec2).
Lis le formule de poussée.
Échelle hydrostatique
L'équilibre hydrostatique a été inventé par le physicien, mathématicien et philosophe italien Galileo Galilei (1564-1642).
Basé sur Le principe d'Archimede, cet instrument sert à mesurer la poussée d'Archimède exercée sur un corps immergé dans un fluide.
C'est-à-dire qu'il détermine le poids d'un objet immergé dans un liquide, qui à son tour est plus léger que dans l'air.
Échelle hydrostatique
A lire aussi: Principe de Pascal.
Loi fondamentale de l'hydrostatique
O Théorème de Stevin est connue sous le nom de "Loi Fondamentale de l'Hydrostatique". Cette théorie postule la relation de variation entre les volumes de liquides et la pression hydrostatique. Votre déclaration s'exprime ainsi :
“La différence entre les pressions de deux points d'un fluide à l'équilibre (au repos) est égale au produit entre la densité du fluide, l'accélération de la pesanteur et la différence entre les profondeurs des points.”
Le théorème de Stevin est représenté par la formule suivante :
P = γ ⋅ Oh ou alors P = d. g. Oh
Où,
P: variation de pression hydrostatique
γ: poids spécifique du fluide
Oh: variation de hauteur de colonne de liquide
ré: densité
g: accélération de la pesanteur
Dans le système international (SI) :
- la variation de pression hydrostatique est en Pascal (Pa) ;
- le poids spécifique du fluide est en Newton par mètre cube (N/m3);
- la variation de la hauteur de la colonne de liquide est en mètres (m) ;
- la densité est en kilogrammes par mètre cube (kg/m3);
- l'accélération de la pesanteur est en mètres par seconde au carré (m/sec2).
Hydrostatique et Hydrodynamique
Alors que l'hydrostatique étudie les liquides au repos, l'hydrodynamique est la branche de la physique qui étudie le mouvement de ces fluides.
Exercices d'examen d'entrée avec rétroaction
1. (PUC-PR) La flottabilité est un phénomène bien connu. Un exemple est la relative facilité avec laquelle vous pouvez vous lever de l'intérieur d'une piscine par rapport à essayer de vous lever de l'eau, c'est-à-dire dans les airs.
Selon le principe d'Archimède, qui définit la poussée, marquez la proposition correcte :
a) Lorsqu'un corps flotte sur l'eau, la flottabilité reçue par le corps est inférieure au poids du corps.
b) Le principe d'Archimède n'est valable que pour les corps immergés dans des liquides et ne peut s'appliquer aux gaz.
c) Un corps entièrement ou partiellement immergé dans un fluide subit une force verticale ascendante égale en module au poids du fluide déplacé.
d) Si un corps coule dans l'eau à vitesse constante, sa flottabilité est nulle.
e) Deux objets de même volume, lorsqu'ils sont immergés dans des liquides de densités différentes, subissent une poussée égale.
Alternative c
2. (UERJ-RJ) Un radeau, dont la forme est un parallélépipède rectangle, flotte sur un lac d'eau douce. La base de sa coque, dont les dimensions sont égales à 20 m de longueur et 5 m de largeur, est parallèle à la surface libre de l'eau et immergée à distance de cette surface. Supposons que le radeau soit chargé de 10 automobiles pesant chacune 1 200 kg, de sorte que la base de la coque reste parallèle à la surface libre de l'eau, mais immergée à une distance d de cette surface.
Si la densité de l'eau est de 1,0 × 103 kg/m3, la variation (d – do), en centimètres, est: (g=10m/s2)
a) 2
b) 6
c) 12
d) 24
e) 22
Alternative c
3. (UNIFOR-CE) Deux liquides chimiquement inertes et non miscibles, A et B, avec des densités dA=2.80g/cm3 et dB=1.60g/cm3, respectivement, sont placés dans le même conteneur. Sachant que le volume de liquide A est le double de celui de B, la densité du mélange, en g/cm3, D'ACCORD:
a) 2,40
b) 2,30
c) 2,20
d) 2.10
e) 2,00
Alternative à
Pour plus de questions, avec résolution commentée, voir aussi: Exercices hydrostatiques.
