Propriétés des fluides, Facteurs affectant la densité et la pression

La matière se trouve dans la nature dans l’un des trois états qui sont solides, liquides, gazeux, les matériaux solides (comme le bois et le verre) ont une forme et un volume définis, tandis que les liquides et les gaz (comme l’eau et l’air) n’ont pas de forme définie, mais ils prennent la forme de leur récipient, ils sont donc appelés fluides.

Fluides

Les fluides sont les matériaux qui peuvent s’écouler et avoir une forme indéfinie, Il existe deux types de fluides :

  1. Liquides caractérisés par: un volume défini, un écoulement fluide et incompressibles.
  2. Les gaz qui se caractérisent par: occuper n’importe quel espace, prendre le volume de son récipient et peuvent être facilement compressés.

Propriétés des fluides

Nous allons expliquer en détail certaines des propriétés physiques caractérisant les fluides qui sont la densité et la pression.

Densité

La densité est la masse volumique unitaire de la substance ou la masse du corps divisée par son volume, La densité d’un matériau est donnée par la relation :

ρ = m/Vol

Où : m est la masse de la substance et mesurée en kg, Vol est le volume de la substance et mesuré en m3, par conséquent, la densité est mesurée en (kg / m3), Lorsque la densité de fer = 7900 kg / m3, Cela signifie que la masse de 1 m3 de fer = 7900 kg.

Lors du mélange de deux matériaux ou plus, alors: m (mix) = m1 + m2 + ……

ρ Vol = ρ1 (Vol) 1 + ρ1 (Vol) )2 + ……

Vol (mélange) = (Vol) 1+ (Vol )2 + ……

Et si le mélange est diminué : Vol (mix) = − Δ Vol

 Densité

Densité

Les facteurs qui affectent la densité

Densité diffèrent d’un matériau à l’autre en raison de la différence de :

  1. Poids atomique de l’élément ou poids moléculaire du composé.
  2. La distance entre les atomes (distances interatomiques) ou les molécules (espaces intermoléculaires).

La densité est considérée comme une propriété caractéristique du matériau, car elle est constante pour le même matériau et ne change pas lorsque la masse ou le volume du matériau change à la même température, Elle change en changeant le type de matériau ou en changeant la température car l’augmentation de la température modifie les espaces intermoléculaires entre atomes ou molécules et par conséquent la densité.

Applications de densité

Indiquant la charge de la batterie de la voiture en mesurant la densité de la solution électrolytique à l’intérieur de celle-ci, Lorsque la batterie est déchargée, la densité de sa solution électrolytique (acide sulfurique dilué) diminue du fait de la réaction chimique avec les plaques de plomb et de la formation de sulfate de plomb, Lorsque la batterie est rechargée, le sulfate est séparé des plaques de plomb et retourne à l’électrolyte et la densité augmente à nouveau.

Diagnostic de certaines maladies comme l’anémie en mesurant la densité sanguine, Le taux normal de densité sanguine varie de 1040 kg / m3 à 1060 kg / m3, si la densité sanguine dépasse 1060 kg / m3, cela indique une augmentation de la concentration des globules rouges, La densité sanguine a précédé 1040 kg / m3, cela indique une diminution de la concentration des globules rouges qui indique une anémie.

L’augmentation de la concentration en sels dans l’urine, En mesurant la densité de l’urine, La densité normale de l’urine est de 1020 kg / m3 et certaines maladies provoquent une augmentation des sels dans l’urine qui augmentent sa densité.

La densité relative est le rapport entre la densité d’un matériau et la densité de l’eau à la même température ou le rapport entre la masse d’un certain volume d’un matériau et la masse du même volume d’eau à la même température.

La densité relative d’une substance peut être déterminée à partir des relations :

Densité relative d’une substance = Densité d’un matériau à une certaine température / Densité d’eau à la même température

Densité relative d’une substance = Masse d’un certain volume d’un matériau à une certaine température / Masse du même volume d’eau à la même température

La densité relative est sans dimension car il s’agit d’un rapport entre deux quantités similaires, lorsque la densité relative de l’essence est de 0,9, Cela signifie que le rapport entre la densité de l’essence à celle de l’eau à la même température = 0,9.

La densité d’un matériau peut être déterminée en connaissant sa densité relative en utilisant la relation suivante :

pmaterial = prelaive × pfwater = prelaive× 1000

(Où : pfwater = 1000 kg/m3)

Pression

Lorsqu’une force (F) agit sur une surface de surface (Où : pfwater = 1000 kg/m3)

Pression

A), la pression (P) est produite sur cette zone, La pression en un point est la force moyenne agissant perpendiculairement sur l’unité de surface entourant ce point.

Force perpendiculaire à la surface, so, P = F / A, mg /A

Angle de force θ avec la surface, so, P = F sin θ / A

Angle de force θ avec la normale à la surface, alors, P = F cos θ / A

Où: La force (F) est mesurée en Newton (N) et l’aire (A) est mesurée en m2 Ainsi, la pression est mesurée en N / m2 (Pascal) et ses unités équivalentes sont kg / m. s2 ou J / m3.

Lorsque la pression en un point = 500 N/m2, Cela signifie que la force moyenne agissant perpendiculairement sur l’unité de surface entourant ce point = 500 N.

Facteurs affectant la pression en un point :
  1. Force moyenne agissant perpendiculairement (F), (directement proportionnelle) P ∝ F à la constante A.
  2. Aire entourant ce point (A), Inversement proportionnelle P∝ (1/A) à la constante F.

Il est clair qu’à mesure que la surface augmente, la pression diminue, de sorte que des pneus larges sont utilisés dans les camions lourds, ainsi, la pression due au poids du camion diminue sur la route, de sorte que les pneus ne coulent pas sur les routes sablonneuses.

À mesure que la surface diminue, la pression augmente, de sorte que les aiguilles et les épingles ont des pointes acérées, Ainsi, une pression plus élevée est produite, de sorte qu’elles pénètrent facilement dans les corps.

Applications sur la pression
  1. Mesure de la pression artérielle
  2. Mesure de la pression d’air à l’intérieur des pneus d’une voiture

Mesure de la pression artérielle: Une personne normale a deux valeurs pour la pression artérielle (la pression de contraction et la pression de détente), on dit que la personne est un patient de pression artérielle si l’une de ces valeurs a changé.

La pression systolique (contractante) est la valeur maximale de la pression artérielle lorsque le muscle cardiaque se contracte et est égale à 120 torr pour la personne normale.

La pression diastolique (relaxante) est la valeur minimale de la pression artérielle lorsque le muscle cardiaque se détend et est égale à 80 torr pour la personne normale.

Lorsque la pression artérielle de la personne normale est de 120/80, Cela signifie que la valeur maximale de la pression artérielle dans l’artère lorsque le muscle cardiaque se contracte est de 120 torr et la valeur minimale de la pression artérielle dans l’artère lorsque le muscle cardiaque se détend est de 80 torr.

Mesure de la pression d’air à l’intérieur des pneus d’une voiture: Le pneu d’une voiture est rempli d’air sous une haute pression appropriée de sorte que la zone tangente entre le pneu et la route soit minimale et par conséquent le frottement diminue ce qui diminue à son tour la température chaude du pneu et inversement.

Pression du pied d’éléphant ou celle de l’homme?

La pression due au talon haut pointu est supérieure à celle due au pied d’éléphant au sol car la pression est inversement proportionnelle à la surface.

Pression en un point à l’intérieur d’un liquide

Lorsqu’un liquide est mis dans un récipient, chaque point à l’intérieur du liquide est affecté par le poids de la colonne de liquide dont sa hauteur (h) et la surface de sa base (A) qui provoque une pression en ce point.

La pression en un point à l’intérieur d’un liquide est le poids de la colonne de liquide dont la base est l’unité de surface entourant ce point et sa hauteur est la distance verticale entre ce point et la surface du liquide.

Lorsque la pression d’un liquide en un point à l’intérieur de celui-ci = 2 ×106 N / m2, Cela signifie que le poids de la colonne de liquide dont sa base est l’unité de surface entourant ce point et sa hauteur est la distance verticale entre ce point et la surface du liquide = 2 ×106 N.

Déduction de la valeur de pression en un point à l’intérieur d’un liquide

Imaginez une plaque (X) de surface (A) à une profondeur (h) à l’intérieur d’un liquide de masse volumique ρ, Cette plaque sert de base à une colonne du liquide, la force agissant sur la plaque (X) est le poids de la colonne de liquide dont la hauteur est (h) et dont la section transversale est (A).

Le poids de la colonne de liquide (Fg) est déterminé par la relation :

Fg = mg

Où (m) est la masse de la colonne de liquide.

m = ρ Vol

Vol = A h ∴ Fg =Ahpg

P = Fg/A =Ahpg/A

∴ P = pgh

Si la surface du liquide est ouverte à l’air alors la pression totale en ce point : P = Pa + pgh, Où Pa est la pression atmosphérique, La pression sur un corps au fond d’un liquide est perpendiculaire en chaque point de sa surface.

Facteurs affectant la pression en un point à l’intérieur du liquide :
  1. Densité du liquide (ρ), directement proportionnelle, P ρ ρ à g et h constants.
  2. Accélération due à la gravité (g), directement proportionnelle, P ∝ g à ρ constant et h, g change légèrement d’un endroit à l’autre.
  3. Profondeur de point (h), directement proportionnelle.

Il est clair que lorsque la profondeur (h) augmente, la pression (P) augmente où P ∝ h, C’est pourquoi la base du barrage doit être plus épaisse que son sommet pour résister à l’augmentation de pression à la profondeur élevée, Lorsque la profondeur des points sous la surface est la même et la densité (ρ) aussi, les pressions deviennent les mêmes où p = pgh.

Tous les points au même niveau horizontal à l’intérieur du liquide ont la même pression, c’est pourquoi les mers ouvertes et les océans ont une surface horizontale d’eau, La pression en un point à l’intérieur du liquide est une quantité scalaire.

Applications sur la pression en un point (Récipients connectés, tube en U & Baromètre mercurique)

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