Description d'un fluide au repos

Cours · physique (première), chapitre 3 · première, spécialité physique-chimie · le début du chapitre, la suite sur Adloun

La pression dans un liquide au repos augmente avec la profondeur.

L'air qui nous entoure, l'eau des océans : des fluides — gaz et liquides, qui s'écoulent et épousent leur contenant. Ce chapitre les décrit au repos, à deux échelles : l'échelle microscopique des entités en agitation, et l'échelle macroscopique des grandeurs mesurables — masse volumique, pression, température — reliées par deux lois : celle de Mariotte pour les gaz, et la loi fondamentale de la statique des fluides pour les liquides.

3.1 Deux échelles de description

Définition 3.1Échelle microscopique, échelle macroscopique

À l'échelle microscopique, un fluide est un très grand nombre d'entités (molécules, atomes) en agitation désordonnée incessante, d'autant plus vive que le fluide est chaud. Dans un gaz, les entités sont éloignées et libres ; dans un liquide, en contact mais mobiles.
À l'échelle macroscopique, on renonce à suivre les entités une à une : on décrit le fluide par quelques grandeurs moyennes mesurables — masse volumique $ρ$ , pression $P$ , température $T$ .

iRemarqueInterprétation microscopique de

P

T

La pression d'un gaz résulte des chocs incessants des entités sur les parois : plus les chocs sont nombreux (gaz comprimé) ou violents (gaz chaud), plus la pression est grande. La température mesure l'agitation : plus les entités vont vite en moyenne, plus $T$ est élevée. Le lien micro--macro est le fil rouge du chapitre.

3.2 Les grandeurs macroscopiques

Définition 3.2Masse volumique, pression, température

Masse volumique : $ρ = \frac{m}{V}$ , en $kg / m^{3}$ . Ordres de grandeur : eau $1000$ ; air $1, 2$ ; mercure $13600$ $kg / m^{3}$ .
Pression : $P$ , en pascals ( $Pa$ ). Unités usuelles : $1$ bar $= 1 0^{5}$ $Pa$ ; $1$ hPa $= 100$ $Pa$ . Pression atmosphérique normale : $P_{atm} = 1013$ hPa $\approx 1, 0 \times 1 0^{5}$ $Pa$ .
Température : $T$ en kelvins ( $K$ ) pour la température absolue, $θ$ en degrés Celsius : $T = θ + 273, 15$ .

La masse volumique, rendue tangible : un mètre cube d'eau pèse une tonne, et le petit cube orange — un litre, une brique de lait — un kilogramme. C'est le même $ρ$ vu à deux échelles. Les trois ordres de grandeur à retenir tiennent dans cette image : l'air est mille fois plus léger que l'eau, le mercure treize fois plus lourd.

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