Unité 1

Les fluides

Chapitre 4Chapitre 4La viscosité : un fluide épais ou La viscosité : un fluide épais ou clair?clair?• La La viscositéviscosité c’est la propriété qui c’est la propriété qui

décrit l’épaisseur d’un liquide. décrit l’épaisseur d’un liquide.

• Un liquide Un liquide épaisépais,, tel que du sirop tel que du sirop pour les crêpes, est pour les crêpes, est visqueuxvisqueux. .

• Un liquide Un liquide clairclair, tel que l’eau, , tel que l’eau, n’est n’est pas visqueuxpas visqueux..

• Un Un fluidefluide représente toute substance représente toute substance qui coule. Cela inclus les liquides et qui coule. Cela inclus les liquides et les gaz.les gaz.

• On peut facilement voir qu’un liquide On peut facilement voir qu’un liquide est un fluide parce qu’il coule. Il prend est un fluide parce qu’il coule. Il prend aussi la forme de son contenant.aussi la forme de son contenant.

• Un gaz s’écoule aussi. Si on enlève le Un gaz s’écoule aussi. Si on enlève le capuchon d’une bouteille de boisson capuchon d’une bouteille de boisson gazeuse on peut voir des bulles qui gazeuse on peut voir des bulles qui montent à la surface. Ces bulles sont montent à la surface. Ces bulles sont du COdu CO2 2 (du gaz) qui s’écoule ou se (du gaz) qui s’écoule ou se déplace hors de la bouteille.déplace hors de la bouteille.

Les états de la matièreLes états de la matièreLes solides, les liquides et les gazLes solides, les liquides et les gaz

• Un solideUn solide : a une forme définie et un : a une forme définie et un volume définis (ex: un cube de sucre)volume définis (ex: un cube de sucre)

• Un liquideUn liquide : a un volume défini, mais : a un volume défini, mais une forme indéfinie (ex: de l’eau)une forme indéfinie (ex: de l’eau)

• Un gazUn gaz : a une forme indéfinie et un : a une forme indéfinie et un volume indéfinis (ex: de l’oxygène)volume indéfinis (ex: de l’oxygène)

Un solideUn solide Un liquideUn liquide Un gazUn gaz

Explication:Explication:Les particules Les particules sont collées les sont collées les unes contre les unes contre les autres, donc il autres, donc il n’y a pas n’y a pas beaucoup beaucoup d’espacesd’espaces entre les entre les particules.particules.

Explication:Explication:Il y a de Il y a de petitespetites espaces entre espaces entre les particules.les particules.

Explication:Explication:Il y a de Il y a de grandes grandes espaces entre espaces entre les particules.les particules.

La théorie particulaireLa théorie particulaireIl y a 5 points:Il y a 5 points:

• 1. Toute matière est faite de très 1. Toute matière est faite de très petites particules.petites particules.

• 2. Toutes les particules d’une 2. Toutes les particules d’une substance pure sont pareilles. Des substance pure sont pareilles. Des substances différentes sont faites de substances différentes sont faites de particules différentes.particules différentes.

• 3. Il y a de l’espace entre les 3. Il y a de l’espace entre les particules.particules.

• 4. Les particules sont toujours en 4. Les particules sont toujours en mouvement.mouvement.

• 5. Les particules d’une substance 5. Les particules d’une substance s’attirent l’une et l’autre.s’attirent l’une et l’autre.

Les changements dLes changements d’états’états

• Si tu observes un cube de glace Si tu observes un cube de glace pendant 30 minutes, que remarques-pendant 30 minutes, que remarques-tu? tu?

• Tu vas voir que le cube commence à Tu vas voir que le cube commence à fondre. Il était un solide, mais fondre. Il était un solide, mais maintenant il est un liquide. Cela est maintenant il est un liquide. Cela est à cause il y a eu un changement à cause il y a eu un changement d’état. d’état.

• Un changement d’état a lieu Un changement d’état a lieu lorsqu’une substance est lorsqu’une substance est chaufféechauffée ou ou refroidierefroidie..

• Quand une substance est Quand une substance est chaufféechauffée, , les particules les particules emmagasinentemmagasinent de de l’énergie.l’énergie.

• Quand une substance est Quand une substance est refroidierefroidie, , les particules les particules perdentperdent de l’énergie. de l’énergie.

Les changements d’état de la Les changements d’état de la

matière (notes)matière (notes)

~ La sublimation est un changement d’état rare et inhabituel. Un exemple c’est de la glace sèche. C’est un morceau de CO2 gelé (un solide) qui accumule de l’énergie et forme un nuage de brouillard (du gaz de CO2). Un deuxième exemple c’est du givre qui se forme sur les vitres en hiver (la vapeur d’eau perd rapidement de l’énergie et forme une gelée blanche).

La solidification

La fusion

La sublimation

La vaporisation

La condensation

La sublimation

Définitions (notes)Définitions (notes)• Un changement d’état Un changement d’état : se produit quand une : se produit quand une

substance passe d’un état à un autresubstance passe d’un état à un autre

• La sublimation La sublimation : un changement d’état rare et inhabituel : un changement d’état rare et inhabituel qui se produit quand un solide se transforme directement qui se produit quand un solide se transforme directement en gaz sans passer par l’état liquide ou vice versaen gaz sans passer par l’état liquide ou vice versa

• La fusion La fusion : le passage de l’état solide à l’état liquide: le passage de l’état solide à l’état liquide

• La solidification La solidification : le passage de l’état liquide à l’état : le passage de l’état liquide à l’état solidesolide

• La condensation La condensation : le passage de l’état gazeux à l’état : le passage de l’état gazeux à l’état liquideliquide

• La vaporisation La vaporisation : le passage de l’état liquide à l’état : le passage de l’état liquide à l’état gazeuxgazeux

Définitions (notes)Définitions (notes)

• Évaporation : une vaporisation lenteÉvaporation : une vaporisation lente

• Ébullition : une vaporisation rapideÉbullition : une vaporisation rapide

• Point de congélation : de l’eau 0Point de congélation : de l’eau 0ooCC

• Point d’ébullition : de l’eau 100Point d’ébullition : de l’eau 100ooCC

Toutes les substances ont un point de Toutes les substances ont un point de congélation, un point d’ébullition et un congélation, un point d’ébullition et un point de fusion.point de fusion.

Les changements d’états et Les changements d’états et la théorie particulairela théorie particulaire• Un changement d’état a lieu Un changement d’état a lieu

lorsqu’une substance est lorsqu’une substance est chaufféechauffée ou ou refroidierefroidie..

• Quand une substance est Quand une substance est chaufféechauffée, , les particules les particules emmagasinentemmagasinent de de l’énergie.l’énergie.

• Quand une substance est Quand une substance est refroidierefroidie, , les particules les particules perdentperdent de l’énergie. de l’énergie.

À quelle vitesse les fluides À quelle vitesse les fluides s’écoulent-ils?s’écoulent-ils?

• Certains liquides s’écoulent plus vite Certains liquides s’écoulent plus vite que d’autres. que d’autres.

• Vous pouvez mesurer à quelle Vous pouvez mesurer à quelle vitesse un liquide coulevitesse un liquide coule. .

• C’est ce qu’on appelle C’est ce qu’on appelle le taux le taux d’écoulementd’écoulement (la vitesse à laquelle (la vitesse à laquelle un fluide coule).un fluide coule).

Les facteurs qui affectent le Les facteurs qui affectent le taux d’écoulementtaux d’écoulement

• Certains facteurs peuvent ralentir Certains facteurs peuvent ralentir l’écoulement des fluidesl’écoulement des fluides

– 1) la taille des particules1) la taille des particules

– 2) la forme des particules2) la forme des particules

– 3) la température3) la température

– 4) la concentration des particules (le 4) la concentration des particules (le

volume)volume)

1) La taille des particules1) La taille des particules

• Les petites particules peuvent se Les petites particules peuvent se dépasser les unes les autres plus dépasser les unes les autres plus facilement que les grosses facilement que les grosses particules.particules.

• RAISON:RAISON: Les grosses particules Les grosses particules occupent plus d’espace que les occupent plus d’espace que les petites particules.petites particules.

2) La forme des particules2) La forme des particules

• Certaines particules sont plus Certaines particules sont plus volumineuses (occupent plus d’espace) volumineuses (occupent plus d’espace) que d’autres à cause de leur forme. Ces que d’autres à cause de leur forme. Ces fluides ont une plus forte viscosité.fluides ont une plus forte viscosité.

• RAISON:RAISON: Puisque les particules occupent Puisque les particules occupent plus d’espace, il y a moins de place à plus d’espace, il y a moins de place à bouger, ce qui fait que les fluides sont plus bouger, ce qui fait que les fluides sont plus visqueux.visqueux.

3) La température3) La température

• Quand les particules sont refroidies, Quand les particules sont refroidies, elles bougent très lentement parce elles bougent très lentement parce qu’elles perdent de l’énergie. Cela fait qu’elles perdent de l’énergie. Cela fait que le fluide est plus visqueux.que le fluide est plus visqueux.

• Quand les particules sont réchauffées, Quand les particules sont réchauffées, elles bougent rapidement parce elles bougent rapidement parce qu’elles gagnent de l’énergie. Cela fait qu’elles gagnent de l’énergie. Cela fait que le fluide est moins viqueux.que le fluide est moins viqueux.

4) La concentration des 4) La concentration des particules (le volume)particules (le volume)

• Plus qu’il y a de particules, plus que c’est Plus qu’il y a de particules, plus que c’est difficile à se dépasser. Plus que c’est difficile à difficile à se dépasser. Plus que c’est difficile à se dépasser, plus que le fluide est visqueux.se dépasser, plus que le fluide est visqueux.

• RAISON:RAISON: Les particules sont toujours en Les particules sont toujours en mouvement. Quand il y a beaucoup de mouvement. Quand il y a beaucoup de particules c’est difficile à bouger sans frapper particules c’est difficile à bouger sans frapper d’autres particules. Ceci cause d’autres particules. Ceci cause la résistancela résistance dans le fluide qu’on appelle dans le fluide qu’on appelle la friction internela friction interne. . Ceci augmente la viscosité d’un fluide.Ceci augmente la viscosité d’un fluide.

Chapitre 5Chapitre 5La masse volumique et la La masse volumique et la flottabilitflottabilitéé• La flottabilitéLa flottabilité c’est la tendance à c’est la tendance à

flotter dans l’eau ou dans l’air.flotter dans l’eau ou dans l’air.

• La pousséeLa poussée c’est la force vers le haut c’est la force vers le haut exercée sur les objets qui baignent exercée sur les objets qui baignent dans un fluide.dans un fluide.

• La masse volumiqueLa masse volumique c’est le rapport c’est le rapport entre la masse (en quantité) d’une entre la masse (en quantité) d’une substance et son volume (l’espace substance et son volume (l’espace qu’elle occupe).qu’elle occupe).

La masse volumique et la La masse volumique et la théorie particulairethéorie particulaire

• Selon la théorie particulaire, il y a de Selon la théorie particulaire, il y a de l’espace entre les particules. Si tu l’espace entre les particules. Si tu remplis deux contenants identiques, remplis deux contenants identiques, un avec de l’eau et l’autre avec de la un avec de l’eau et l’autre avec de la vapeur d’eau, la t.p. dit qu’il y a plus vapeur d’eau, la t.p. dit qu’il y a plus d’espace entre les particules d’un d’espace entre les particules d’un gaz qu’entre les particules de gaz qu’entre les particules de liquides.liquides.* t.p. = la théorie particulaire

ChaqueChaque particule a la même masse parce particule a la même masse parce que chaque particule est pareille et les deux que chaque particule est pareille et les deux contenants sont identiques.contenants sont identiques.

# 1

l’eau

# 2

la vapeur d’eau

Lequel aura la plus grande masse volumique?

• On peut conclure que la m.v. de # 1 sera plus grande que la m.v. de # 2 parce qu’il y a moins d’espace entre les particules. Si il y a moins d’espace entre les particules, cela veut dire qu’on peut faire « entrer » plus de particules dans un espace donné.

Les dLes définitionséfinitions

• La capacitLa capacitéé d’un contenant, c’est la quantité d’un contenant, c’est la quantité maximale de fluide qu’il peut contenir.maximale de fluide qu’il peut contenir.

• Le poidsLe poids est la force de gravité exercée sur un est la force de gravité exercée sur un objet (en Newtons (N)).objet (en Newtons (N)).

• La gravitéLa gravité est une force naturelle qui attire les est une force naturelle qui attire les objets vers le centre de la Terre. Cette force est objets vers le centre de la Terre. Cette force est de 9,8 N par kilogramme de masse sur Terre.de 9,8 N par kilogramme de masse sur Terre.(ex : Un sac de sucre qui a une masse de 2,26 kg (ex : Un sac de sucre qui a une masse de 2,26 kg pèse 22,1 N sur Terre.)pèse 22,1 N sur Terre.)

Calcul:Calcul: 2,26 kg X 9,8 N/Kg = 22,1 N2,26 kg X 9,8 N/Kg = 22,1 N

Comment trouve-t-on la masse Comment trouve-t-on la masse et le volume?et le volume?

• Pour trouver la massePour trouver la masse d d’un objet on peut utiliser ’un objet on peut utiliser une balanceune balance (g, kg, lbs). (g, kg, lbs).

• Pour trouver le volume:Pour trouver le volume:

a) a) d’un gaz :d’un gaz : mesurant le volume de son mesurant le volume de son contenant.contenant.

b) b) d’un liquide :d’un liquide : mesurer au moyen d’une mesurer au moyen d’une tasse tasse à mesurer ou d’un cylindre graduéà mesurer ou d’un cylindre gradué

cc) ) d’un solide :d’un solide : i) i) directementdirectement – les formules de Math – les formules de Math ( V = L X l X h)( V = L X l X h)

ii) ii) indirectementindirectement – mesurer le volume – mesurer le volume d’eau qui d’eau qui

déborde d’un contenant déborde d’un contenant rempli à son maximum rempli à son maximum

La masse volumiqueLa masse volumique• Pour trouver la m.v. d’une substance, on Pour trouver la m.v. d’une substance, on

peut utiliser la formule:peut utiliser la formule:Masse volumique = Masse volumique = massemasse ouou ρρ

= = mm volume Vvolume V

((ρρ – symbole de l’alphabet greq “rhô” – symbole de l’alphabet greq “rhô”représente la m.v.)représente la m.v.)

• La m.v. d’un solide s’exprime en La m.v. d’un solide s’exprime en gg/cm/cm33, et , et celle des liquides et des gaz en celle des liquides et des gaz en g/mLg/mL ou ou g/Lg/L..

• Chaque substance pure a sa propre m.v. Chaque substance pure a sa propre m.v. (c’est une propriété de la matière). (c’est une propriété de la matière).

• La m.v. d’une suLa m.v. d’une substance pure ne change bstance pure ne change pas sauf si on change d’état de la matière.pas sauf si on change d’état de la matière.

• Voici les masses volumiques Voici les masses volumiques approximatives de certaines substances.approximatives de certaines substances.

SolidesSolides M.V. M.V. (g(g/cm/cm33))

SucreSucre 1.591.59

SelSel 2.162.16

AluminiumAluminium 2.702.70

OrOr 19.3219.32

Fluides Fluides M.V. M.V. (g(g/mL)/mL)

AirAir 0.00130.0013

OxygOxygèneène 0.00140.0014

EauEau 1.001.00

Eau de merEau de mer 1.031.03* Voir p. 141 de livre d’Omnisciences pour d’autres m.v.

La flottabilité, force La flottabilité, force antigravitationnelleantigravitationnelle

• La flottabilitéLa flottabilité c’est la capacité d’un fluide à c’est la capacité d’un fluide à supporter un objet flottant dans le fluide ou supporter un objet flottant dans le fluide ou sur le fluide. Elle est liée à la masse sur le fluide. Elle est liée à la masse volumique.volumique.

• Quand les objets sont dans des fluides, Quand les objets sont dans des fluides, la la pousséepoussée pousse les objets vers le haut (dans pousse les objets vers le haut (dans la direction opposée de la gravité).la direction opposée de la gravité).

• Un flottementUn flottement a lieu lorsqu’un objet ne tombe a lieu lorsqu’un objet ne tombe pas sur terre ou ne coule pas dans l’eau, mais pas sur terre ou ne coule pas dans l’eau, mais reste suspendu dans le fluide.reste suspendu dans le fluide.

• Pourquoi est-ce les solides Pourquoi est-ce les solides peuvent supporter des objets?peuvent supporter des objets?

Nous savons que les solides peuvent Nous savons que les solides peuvent supporter des objets parce qu’ils supporter des objets parce qu’ils

ont ont beaucoup de particules qui ne beaucoup de particules qui ne peuvent peuvent pas être écartées ou pas être écartées ou séparées. séparées.

• Mais pourquoi est-ce que les Mais pourquoi est-ce que les fluides peuvent supporter fluides peuvent supporter certains objets?certains objets?

• Les fluides peuvent supporter certains Les fluides peuvent supporter certains objets si la m.v. de ces objets est plus objets si la m.v. de ces objets est plus petite que celle du fluide. petite que celle du fluide.

• ExpExpérience – La tour de masse érience – La tour de masse volumiquevolumique

• Hypothèse – Hypothèse – Que penses-tu qui va arriver Que penses-tu qui va arriver quand on mélange de l’eau, de l’huile de maïs, un quand on mélange de l’eau, de l’huile de maïs, un liège, un trombone, un cure-dent et une pièce de liège, un trombone, un cure-dent et une pièce de 1 ȼ? Donne une explication et fais un dessin. 1 ȼ? Donne une explication et fais un dessin. Explique ton raisonnement.Explique ton raisonnement.

1

Un trombone

Un liège

Une pièce de 1c

Un cure-dent

Un crayon

Dessin de la tour de m.v.

La tour de masse volumiqueLa tour de masse volumique

• Par exemple:Par exemple: L’eau qui a une masse L’eau qui a une masse volumique de 1 gvolumique de 1 g/mL/mL, peut supporter , peut supporter des objets qui ont une plus petite des objets qui ont une plus petite m.v. tel que du liège (0.24 gm.v. tel que du liège (0.24 g/cm/cm33), le ), le chchêne (0.70 gêne (0.70 g/cm/cm33) et l’huile végétale ) et l’huile végétale (0.90 (0.90 gg/cm/cm33). Si les objets ont une ). Si les objets ont une plus grande m.v. ils vont couler.plus grande m.v. ils vont couler.

• La masse volumique de l’eau est 1 La masse volumique de l’eau est 1 g/mL et celle de l’acier est de 9 g/mL et celle de l’acier est de 9 g/cmg/cm33. Mais pourquoi est-ce que . Mais pourquoi est-ce que l’eau est capable de supporter un l’eau est capable de supporter un grand navire d’acier?grand navire d’acier?•Dans un navire d’acier, il y Dans un navire d’acier, il y

a de grandes espaces vides a de grandes espaces vides remplies d’air. Quand on remplies d’air. Quand on trouve trouve la masse volumique la masse volumique moyenne moyenne ((la masse totale la masse totale de toutes les matide toutes les matières sur le ères sur le navire, divisée par le volume navire, divisée par le volume total), elle sera plus petite total), elle sera plus petite que celle de l’eau, donc plus que celle de l’eau, donc plus petite que 1 gpetite que 1 g/mL./mL. À cause À cause de cela, le navire sera de cela, le navire sera capable de flotter sur l’eau!capable de flotter sur l’eau!

Le bateau de monnaieLe bateau de monnaie

• Problème : Problème :

• Combien de pièces de un cent peux-Combien de pièces de un cent peux-tu faire flotter sur un bateau en tu faire flotter sur un bateau en papier d’aluminium?papier d’aluminium?

• Quelles sont les caractéristiques que Quelles sont les caractéristiques que tu vas donner à ton bateau pour qu’il tu vas donner à ton bateau pour qu’il puisse supporter le plus de pièce de puisse supporter le plus de pièce de un cent possible?un cent possible?

Le bateau de monnaie Le bateau de monnaie (continue)(continue)

• ProjetProjet – Tu vas construire un bateau en papier – Tu vas construire un bateau en papier d’aluminium qui pourra flotter en contenant le d’aluminium qui pourra flotter en contenant le plus de pièces de un cent possible.plus de pièces de un cent possible.

• Matériel Matériel – 2 feuilles de papier d’aluminium de 30 – 2 feuilles de papier d’aluminium de 30 cm (Je vais te les donner cm (Je vais te les donner ), pièces de un cent, ), pièces de un cent, un aquarium rempli d’eau, règle, ciseauxun aquarium rempli d’eau, règle, ciseaux

• DirectivesDirectives – Tu peux seulement utiliser les 2 – Tu peux seulement utiliser les 2 feuilles de papier en aluminium pour construire feuilles de papier en aluminium pour construire de bateau. Il n’est pas permis d’utiliser d’autres de bateau. Il n’est pas permis d’utiliser d’autres matériaux.matériaux.

Le bateau de monnaie Le bateau de monnaie (continue)(continue)• ÉvaluationÉvaluation1)1)Combien de pièces de un cent ton bateau peut-il Combien de pièces de un cent ton bateau peut-il

contenir?contenir?

2)2)Quelles sont les caractéristiques qui étaient les plus Quelles sont les caractéristiques qui étaient les plus importantes pour que le bateau puisse contenir importantes pour que le bateau puisse contenir autant de pièces? Pourquoi étaient-elles importantes?autant de pièces? Pourquoi étaient-elles importantes?

3)3)Si tu pouvais construire un meilleur bateau, qu’est-ce Si tu pouvais construire un meilleur bateau, qu’est-ce que tu changerais?que tu changerais?

4)4)Le papier lignée donnerait-il de meilleurs résultats Le papier lignée donnerait-il de meilleurs résultats que le papier d’aluminium? Explique ta réponse.que le papier d’aluminium? Explique ta réponse.

Le principe d’ArchimLe principe d’Archimèdeède

• La poussée qui s’exerce sur un objet flottant La poussée qui s’exerce sur un objet flottant dans l’eau est égale au poids de l’eau que dans l’eau est égale au poids de l’eau que cet objet déplace.cet objet déplace.

• La poussée d’un liquide dépend de la m.v. La poussée d’un liquide dépend de la m.v. Les objets flottent plus facilement dans l’eau Les objets flottent plus facilement dans l’eau salée que l’eau douce parce que la m.v. de salée que l’eau douce parce que la m.v. de l’eau salée est plus élevée (1.03 gl’eau salée est plus élevée (1.03 g//mL). mL).

• Pourquoi? Parce que les particules sont plus Pourquoi? Parce que les particules sont plus entassées (proche les unes des autres).entassées (proche les unes des autres).

• L’eau salée peut supporter un plus grand L’eau salée peut supporter un plus grand poids par volume que l’eau douce!poids par volume que l’eau douce!

• L’hydromètreL’hydromètre c’est un instrument utilisé c’est un instrument utilisé pour mesurer la m.v. des liquides.pour mesurer la m.v. des liquides.

Une bouée sur l’océan

(l’eau salée)

Une bouée sur l’eau

douce