PHYSIQUE N2

Introduction1) Symboles, équation, surface & volume2) Unités de mesure & conversions3) Règle de trois4) Pression5) Poids apparent6) Loi de Mariotte (PV = cte)7) Loi d’Henry (dissolution, hors programme)Conclusion

S ChallemelE3 N° 13952

• Surface & Volume:

1) Symboles, équation, surface & volume

• Symboles:= égal à

< inférieur à

ou <= inférieur ou égal à

> supérieur à

ou >= supérieur ou égal à

environ égal à

ou implique

équivalent à

• Équation:

a, b, c sont des constantes

x est l’inconnue à trouver.

ax + b = c ax + b - b = c - b

Exemple:

abc

aax b– c ax

abcx

242842 xxx

L

l

h Surface = S = l x L

Volume = V = S x h = l x L x h

Illustration équation:

10 pomme de terre (10pdt)

On suppose que toutes les pdt ont la même taille, quel est le poids d’une pdt ?10pdt + 200 = 100010pdt + 200 – 200 = 1000 – 20010pdt = 800(10pdt)/10 = 800/10Pdt = 80 g

2) Unités de mesure & conversions

Grandeurs Unités Sous multiples Conversions

Longueur m 1 km = 10 hm = 100 dam = 1000 m

1 m = 10 dm = 100 cm = 1000 mm, etc…

Surface m2 1m2 = 100 dm2 = 10000 cm2, …

Volume m3 1m3 = 1000 dm3 = 1000 l, … 1 dm3 = 1 l

Masse kg 1 kg = 1000 g, …

Pression Pa (Pascal)

1 bar = 100 000 Pa

1 bar 1kg/cm2

1 bar 760 mm de Hg

Exemple:quelle est le poids d’un bloc de 12 l contenant 2400 l d’air sachant qu’il pèse 15 kg à vide et sachant qu’1 litre d’air pèse 1,29g ?

3) Règle de trois

Corps (Kg/l)

Eau 1

Eau de mer 1,03

Air 1,29 g/l

Plomb (Pb) 11,3

Application en plongée: variation de poids entre la fin de plongée et le début, le lestage est donc déterminé en fin de plongée (pression bouteille en fin de plongée = 50 bar min).

P = 18,1 Kg

P air = (2400 x 1,29)/1 = 3096 g

P bloc plein 18,1 kg

1 litre 1,29g

2400 litre P air ?

a b

c X ?

X = (c x b)/a

• Pression absolue (P abs):

1 cm1 cm

Prof

onde

ur (

m)

Poids de la colonne d’eau

Résultante des deux:

P abs = P atm + P rP relative (bar) = PrPr = Profondeur (m) / 10.Soit 1 bar / 10 m

P atmosphérique = P atmP atm = 1 bar au niveau de la mer

Lié au poids de l’eau

Lié au poids de l’air

4) Pression

P abs = P atm + Profondeur (m)/10

Au niveau de la mer, P abs = 1 + Profondeur (m)/10

5) Poids apparent

Théorème d’Archimède:

Tout corps plongé dans un fluide au repos subit une force verticale, dirigée de bas en haut dont l’intensité est égale au poids du volume du fluide déplacée.

DémonstrationAnimation flash

Forme de l’objet

Poids de la pâte à modeler (g)

Poids du volume d’eau déplacée (g)

Poids de l’objet - Poids du volume d’eau déplacée (g)

Boule 39 31 + 8

Barque 39 47 - 8

Poids apparent (Kg) = Poids réel (Kg) - Poussée d’Archimède (Kg)

Papp = Pr - Parch

5) Poids apparent

Profondeur (m)

3

Poussée d’Archimède

Poids réel

Poids apparent

= 0 (flottabilité neutre)

< 0 (flottabilité positive)

> 0 (flottabilité négative)

5) Poids apparent

Exercice:

Un plongeur totalement équipé déplace un volume d’eau de 100 l.Il a réglé son lest en lac (3 m), il a 6 Kg de plomb et pèse 94 Kg avec son équipement sans les plombs.1l d’ eau douce = 1Kg, 1l d’eau de mer = 1,03 Kg, on ne prend pas en compte le volume d’eau déplacée par les plombs1) son lestage est il bon en lac ?2) son lestage est il correct en mer ? Si non que doit il faire ?

Parch = 100 Kg

Pr = 94 + 6 = 100 Kg

1

ok

Parch = 100 x 1,03 = 103 Kg

Pr = 94 + 6 = 100 Kg

2

Il doit rajouter 3 Kg

Rq: Penser à noter dans votre carnet de plongée le lestagecar il dépend de l’endroit où on plonge: lac, mer rouge, méditerranée, etc

6) Loi de Mariotte, expérience

6) Loi de Mariotte, expérience

6 m: 37,5 ml

10 m: 30 ml

6) Loi de Mariotte, expérience

30 m: 15 ml

Profondeur (m) Volume Pression (bar)

P x V

0 60 1 60

6 37,5 1,6 60

10 30 2 60

30 15 4 60

Profondeur (m) Volume Pression (bar)

P x V

0 60 1 60

6 37,5 1,6 60

10 30 2 60

30 15 4 60

6) Loi de Mariotte (PV = constante)A une température donnée, Pression 1 (bar) x Volume 1 (l) = Pression 2 x Volume 2

Q représente une quantité de gaz et il y a conservation de cette quantité de gaz:

P1V1 = P2V2 = Q

6) Loi de Mariotte (PV = constante)

6) Loi de Mariotte (PV = constante)

Exercice (autonomie):

Une palanquée évolue à 20 m et a reçu comme consigne par le DP d’arrêter la plongée à 50 bar. 2 plongeurs sont équipés de 12 l et un d’un 10 l.

1) Sachant que la consommation moyenne est de 20l/min et que les bouteilles ont été gonflées à 200 bar quelle sera la durée de la plongée ?

2) Un requin au tout début de la plongée (200 bar) à 20 m effraye un des plongeurs (équipé d’un bloc 12l) qui panique et déclenche un essoufflement! Au bout de combien de temps sera t il en panne d’air sachant qu’il consomme 100 l/min ?

0 m

20 m

P1V1 = 150 x 10 = 1500 l

V2 = 1500/3 = 500 l T min = 500/20 = 25 min

1 2

P1V1 = 200 x 12 = 2400 l

V2 = 2400/3 = 800 l

T min = 800/100 = 8 min

6) Loi de Mariotte (PV = constante)

6) Loi de Mariotte (PV = constante)

0 m

20 m

1 l d’air à 1 bar

0,33 l d’air à 3 bar

PV = cste

1 l d’air à 20 m (3 bar), contient 3 x plus d’azote et d’oxygène qu’à la surface (car il est comprimé par la pression ambiante), il est donc 3 fois plus lourd

Constitution de l’air: 79% azote et 21% (20,97%) d’oxygène, pour simplifier on prendra 80% azote (N2) et 20% d’oxygène (O2)

Application en plongée: permet d’expliquer l’essoufflement (air plus lourd), la décompression (quantité d’azote respiré augmente avec la profondeur), la toxicité des gaz en plongée (ivresse des profondeurs, toxicité de l’oxygène,…), …

7) Loi de Henry (Dissolution, hors programme N2)

Dissolution d’un gaz dans un liquide (passage d’un gaz dans un liquide ):

t1 t2

Le phénomène est réversible et le passage du gaz se fait toujours de la plus forte concentration vers la plus faible:

t

7) Loi de Henry (hors programme N2)

A l’équilibre la quantité d’azote dissous dans le corps est proportionnelle à la quantité d’azote respiré

0 m

20 m

Corps stocke l’azote pendant la plongée (oxygène consommé par l’organisme)

Corps libère de l’azote pendant la remontée

Décompression trop rapide = risque d’accident de décompression = libération anarchique d’azote

Décompression en respectant le moyen de décompression (ordi, table)

Azote respiré

Azote dissous dans le corps