Mécanique : Comment contrôler le mouvement et l’équilibre de divers systèmes ? Distinguer pression et force pressante
Pression et force pressante
La pression p en pascal (Pa) est égale au quotient de la valeur de la force pressante en Newton (N) par la surface pressée S (en m²).
p = F / s
p : pression (en pascal Pa)
F : valeur de la force pressante (N)
S : surface pressée (m2)
Le bar est une autre unité de pression : 1 bar = 100 000 Pa = 105 Pa
Exemple : la pression des pneus d’une voiture est souvent exprimée en bar (2,5 bars par exemple).
Pression atmosphérique
La pression à la surface de la Terre exercée par le poids de l’air de l’atmosphère est la pression atmosphérique :
Patm = 101 325 Pa = 1013 hPa ≃ 1 bar
Un moteur dit atmosphérique (« atmo ») est alimenté en air grâce à la pression atmosphérique, à la différence des moteurs suralimentés par des turbocompresseurs.
Pression absolue et pression relative
La pression relative est la différence de pression par rapport à la pression atmosphérique (pression souvent lue sur les manomètres).
La pression absolue est celle mesurée à partir du vide.
Pression absolue = pression relative + pression atmosphérique
Pression absolue et pression relative
A température constante, pour une quantité de matière donnée d’un gaz, le produit de la pression par le volume est constant :
p x V = constante
P : pression absolue en Pa
V : volume du gaz en m3
Ainsi, pour un volume de gaz donné, à température constante , si la pression du gaz augmente, son volume ………………, si la pression du gaz diminue, son volume …………………………
Une autre expression de la loi de Boyle-Mariotte pour un gaz parfait (gaz à basse pression dans lequel les molécules n’ont pas d’interaction autres que les chocs entre elles) est :
pV / T = nR = constante
p : pression en Pa
V : volume du gaz en m3
n : quantité de matière en moles
T : température en Kelvins
R : constante des gaz parfaits (8,3144621 J/K/mol)
En considérant le volume du gaz d’un pneu comme constant (peu de dilatation) alors si la température T augmente, sa pression ……………………………………
C’est pour cela qu’il est préconisé de contrôler la pression des pneus à froid.
Exercices sur la pression et la force pressante :
Exercice 1 : pression dans un cric hydraulique.
On donne :
- Piston de commande : diamètre : 14 cm
- Piston de puissance : diamètre : 32 cm
1.) La personne qui utilise le vérin, transmet une force d’intensité 750 N sur le piston de commande. Calculer, en m², l’aire de la section S1 du piston de commande (le résultat sera arrondi à 10-4).
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2.) Calculer, en pascal, la pression exercée par le piston de commande (le résultat sera arrondi à l’unité).
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3.) Quelle est la valeur de la pression transmise au piston de puissance ?
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4.) Calculer, en m², l’aire de la section S2 du piston de puissance (le résultat sera arrondi à 10-4).
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5.) Calculer, en newton, l’intensité de la force exercée par le piston de puissance sur le véhicule (le résultat sera arrondi à l’unité).
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6.) Expliquer en une phrase l’intérêt d’un tel outil.
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Exercice 2 : pression dans une roue de vélo.
La roue arrière d’un vélo supporte une charge de 40 kg.
La surface du pneu en contact avec le sol est un rectangle de largeur 2,5 cm et de longueur inconnue.
1.) Calculer la pression qu’il doit y avoir dans le pneu pour que la longueur x du rectangle soit de 2 cm. Donner la réponse en bars (g = 9,8 N /kg).
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2.) Que se passe-t-il si la pression dans le pneu descend à 6 bars ? Calculer la nouvelle valeur de x (on suppose la largeur 2,5 cm inchangée).
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Compétences, capacités et connaissances issues du référentiel BAC PRO Premières – Physique Chimie Education Nationale
Capacités
Mesurer la pression en un point d’un fluide.
Calculer une pression et la convertir dans une unité adaptée à la situation.
Vérifier expérimentalement la loi de Boyle-Mariotte.
Connaissances
Connaître les définitions de la pression, de la surface pressée et de la force pressante.
Savoir que la pression se mesure à l’aide d’un manomètre.
Connaître l’unité de la pression dans le système international et d’autres unités utilisées couramment.
Connaître la relation entre pression, surface pressée et force pressante (P = F/S). Connaître l’ordre de grandeur de la pression atmosphérique.
Pour un gaz considéré comme parfait, connaître la relation entre la pression, le volume, la quantité de matière et la température : loi de Boyle-Mariotte.