Liquides et gaz

1997/03/01 Bandres Unanue, Luis Iturria: Elhuyar aldizkaria

• Fisika

Or, dans cet article, nous devons remettre en question cette “sagesse”, parce que du point de vue hydraulique nous ne pouvons pas dire autant d’architecture.

Pourquoi ces grands aqueducs étaient-ils faits ? Bien sûr, pour le transport de l'eau, mais n'était-ce pas plus facile – comme on le fait aujourd'hui, d'introduire et de faire passer sous le terrain des tuyaux? Bien sûr ! Mais les ingénieurs de cette époque ne connaissaient pas la loi sur les emballages communiqués, c'est-à-dire qu'ils ne savaient pas que dans un récipient avec deux tubes entièrement longs les niveaux d'eau des deux canalisations sont toujours égaux. Cependant, à cette époque on pensait que si on plaçait les tubes sur le terrain, l'eau baisse, mais comme il y a beaucoup de pics, par exemple, l'eau ne pouvait pas être conduite en haut. L'eau devrait donc toujours être conduite en pente ; par exemple, pour transporter l'eau depuis les barrages des montagnes, il fallait installer des constructions à pentes basses sur tous les points du parcours.

Poussez vers le haut ?

Si nous disons que les liquides exercent une pression sur le fond et sur les murs à l'intérieur d'un récipient, ceux qui ne connaissent pas les rayons de la physique le diront aussi. Cependant, un liquide peut-il augmenter la pression? La réponse, comme le lecteur peut le percevoir, est affirmative, sinon, pourquoi demander?

Mais il faut vérifier la réponse donnée et pour cela nous vous proposons une simple tentative. Prenons un tube de verre assez large. Coupons une pièce circulaire en carton dur légèrement plus grand que le diamètre du tube.

Comme vous pouvez le voir sur la figure 1, une fois fermé une extrémité du tube avec la pièce circulaire, nous le mettons dans un récipient avec de l'eau. Pour que la pièce ne tombe pas, passons par le centre une petite bobine pour que la poignée. Si nous plongeons dans le tube, nous verrons que la pièce circulaire ne coule pas; sans tirer le fil, nous verrons que la pièce est restée ou a été collée au tube. Sorcellerie ? Non, bien sûr, l'eau est celle qui pousse la pièce de bas en haut.

Nous pouvons ensuite mesurer la pression ascendante décrite. Pour cela, nous accorderons une attention particulière à l'eau du tube, comme l'indique la figure. Lorsque le niveau d'eau à l'intérieur du tube est égal à celui à l'intérieur du récipient, la pièce circulaire tombe. En d'autres termes, la pression de bas en haut exerçant l'eau externe sur la pièce est égale à celle de haut en bas à l'intérieur du tube : si les hauteurs sont égales, les pressions sont également égales. Surprenant ? Non, c'est plus qu'une loi de pression qui apparaît sur les corps submergés. Et en tirant ce fil, nous arriverons rapidement à comprendre la perte de poids des corps submergés, qui est connu comme le «principe d’Archaïdes».

Pour mieux voir ce qui a été dit, nous pourrions faire le même essai que nous avons décrit ci-dessus, mais cette fois, nous pouvons remplacer l'eau par un liquide plus léger comme l'alcool à l'encre. Donc, et si nous acceptons ce qui a été dit jusqu'à présent, le niveau du liquide à l'intérieur du tube doit être supérieur à celui de l'extérieur pour empêcher la pièce circulaire de tomber. De plus, une fois cela fait, vous pouvez facilement calculer la densité du liquide dans le tube. Oserez-vous, lecteur ?

Si dans ces essais nous utilisions des tubes de différentes formes, d'autre part, il serait relativement facile d'accepter qu'un autre aspect de la loi de pression de la physique, c'est-à-dire que la pression sur les corps immergés dans les liquides concerne la profondeur, pas la forme du tube ou la largeur de sa bouche.

Mais, bien sûr, le lecteur nous demandera de le vérifier (figure 2). Pour ce faire, nous allons reculer et réaliser le même essai que nous avons décrit avec des tubes différents, afin que nous plongions dans la même profondeur (pour ce faire, la meilleure option est de placer des marques de papier à la même hauteur sur chaque tube).

Il ne fait aucun doute que, dans tous les cas, lorsque le liquide des tubes atteint la même hauteur, la pièce circulaire tombe. Bien que les formes des tubes diffèrent des largeurs des bouches, la hauteur est le facteur de pression.

Cependant, nous devons faire un petit avertissement pour que l'expérience ait vraiment la valeur. Comme mentionné précédemment, le facteur qui influence la pression est la hauteur, pas la longueur, donc si au lieu de mettre le tube verticalement, nous devrions ajouter plus de liquide à l'intérieur pour atteindre ce premier niveau. Comprendre ? La préiso sur la pièce n'a pas à voir avec la quantité de liquide à l'intérieur du tube, mais avec sa hauteur.

Qu'est-ce qui a le plus de poids?

Ce n'est pas une question quelconque. Dans l'un des plats de la balance, nous placerons une triche remplie d'eau jusqu'en haut, dans l'autre une triche identique et aussi pleine d'eau qui flotte la pièce de bois. Que pensez-vous de plus?

Si vous posez une même question à plusieurs lecteurs, vous recevrez des réponses différentes. Certains vous répondront que les vêtements en bois ont plus de poids, car en plus de tenir compte du poids de l'eau, aussi le bois. D'autres pencheront sur un sentier avec seulement de l'eau, arguant que l'eau pèse plus que le bois.

Quelle est la bonne réponse? Les deux pèsent la même chose. Il est vrai que le deuxième tricot a de l'eau et du bois, mais nous avons dit que la pièce de bois flottait et, par conséquent, le poids de la quantité d'eau qui a expulsé la pièce est égal à celui d'elle-même, nous ne l'avons pas inventé, c'est ce que dit Archimède. Ainsi, la balance sera en équilibre, elle doit être !

Avant de terminer, nous aimerions poser un nouveau problème. Pour que nous mettions dans un plat d'une balance un récipient avec de l'eau mais pas complètement rempli et un de ces petits poids qui sont utilisés pour la mesurer, dans l'autre, pour équilibrer la balance, nous placerons seulement des poids. Une fois équilibré, jetons le pisito à l'intérieur de l'emballage du premier plat. La balance sera-t-elle équilibrée ?

En raison du principe d'Archimède, en « pesant » moins qu'à l'extérieur, le petit regret qu'il y a à l'intérieur du récipient, nous pourrions penser que le plat montera. Cependant, nous verrons que la balance restera en équilibre. Comment pouvez-vous comprendre cela?

Le pisito, en soufflant dans le récipient, entraîne une partie de l'eau et, par conséquent, augmente le niveau d'eau que j'avais auparavant dans le récipient. Par conséquent, cette petite pièce provoquera une faible force descendante, mais en raison du plus haut niveau d'eau, elle produira une plus grande pression sur le fond du récipient. Ces deux effets indésirables sont compensés et, par conséquent, la balance reste en équilibre. Bien sûr, nous pouvons donner une explication plus simple: nous n'avons pas touché tout ce que nous avons mis sur deux plats, nous avons simplement changé de place, donc si au début il était en équilibre, pourquoi il va changer plus tard?