Mécanique : comment contrôler le mouvement et l’équilibre de divers systèmes ? Distinguer pression et force pressante
Objectifs 
- Déterminer expérimentalement la relation entre pression, surface pressée et force pressante
- Vérifier expérimentalement la loi de Boyle-Mariotte.
- Calculer une pression et la convertir dans une unité adaptée à la situation.
Matériel 
- 1 pressiomètre avec capsule manométrique
- 3 masses (50 g, 100 g, 200 g)
- 1 seringue
- 1 tuyau pvc
Dans la suite du document, ce symbole signifie « Appeler le professeur ».
Pensez à préciser les unités des valeurs relevées ou calculées.
★ = 1 pt ☆ = 0,5 pt
Pression, force pressante et surface pressée
………. / 14 pts
1.) Nous cherchons à déterminer le lien entre la pression p (Pa) et la force pressante F (N) s’exerçant sur une surface S (m²).
A partir du matériel à votre disposition, proposer un protocole expérimental pour déterminer cette relation (voir Annexe 1 – Définir un protocole expérimental)
Schéma
Protocole
☆☆☆☆ C2
Appeler le professeur et présenter votre protocole.
☆☆ C5
2.) Allumer le pressiomètre en laissant la membrane en latex libre et relever la valeur affichée (préciser l’unité) :
p = ……….
3.) En observant le schéma ci-contre, déterminer l’origine de la pression mesurée à la question 2.) :
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….
☆☆ C2
Dans la suite du T.P la valeur mesurée au 2.) sera nommée patm
4.) Rappeler la formule de calcul du poids en N :
◻ P = m / g
◻ P = U x I
◻ P = g / m
◻ P = m x g
☆ C2
5.) Calculer le poids de chacune des 3 masses et reporter les valeurs dans le tableau ci-dessous (on prendra g = 9.81 N/kg), arrondir à 10-4 :
| Masse | 1 | 2 | 3 |
| Masse m (g) | 50 | 100 | 200 |
| Masse m (kg) | ……………………….. | ……………………….. | ……………………….. |
| Poids P (N) | ……………………….. | ……………………….. | ……………………….. |
☆ C2 ☆ C3
6.) Déposer les 3 masses, une par une, sur la capsule et relever les valeurs de pabsolue affichées dans le tableau ci-dessous. Calculer ensuite Prelative = Pabsolue – Patm et relever les valeurs dans le tableau :
| Masse | 1 | 2 | 3 |
| pabsolue (hPa) | ……………………….. | ……………………….. | ……………………….. |
| prelative (hPa) | ……………………….. | ……………………….. | ……………………….. |
| prelative (Pa) | ……………………….. | ……………………….. | ……………………….. |
☆☆☆ C3
7.) Rappeler la formule de calcul de la surface d’un disque (R désigne le rayon du disque et D son diamètre) :
◻ S = 2πR
◻ S = πD
◻ S = πR²
☆ C2
8.) La surface d’un disque peut donc être déterminée par la formule (D désigne le diamètre du disque) :
◻S = πD/2
◻ S = πD/4
◻ S = πD²/4
☆ C2
9.) Calculer la surface en cm² ( arrondi à 0,01) du disque et la convertir en m². Reporter les valeurs dans le tableau ci-dessous :
S = …………………. cm² = …………………………… m²
☆☆ C3
10.) Compléter le tableau suivant avec les valeurs du poids P (en N), de la surface S (en m²) et de prelative (en Pa) trouvées dans les questions précédentes, calculer le rapport Poids / Surface (P/S) et reporter les valeurs dans le tableau :
| Masse | 1 | 2 | 3 |
| Poids P (N) | ………………………. | ………………………. | ………………………. |
| Surface S (m²) | ………………………. | ………………………. | ………………………. |
| prelative (Pa) | ………………………. | ………………………. | ………………………. |
| P/S (arrondir à l’unité) | ………………………. | ………………………. | ………………………. |
p : pression (en pascal Pa)
F : valeur de la force pressante (N)
S : surface pressée (m2)
11.) La formule ci-dessus est-elle validée par les résultats obtenus à la question 10.).
Si non, proposer trois hypothèses pouvant expliquer cette différence :
- ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….
- ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….
- ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….
☆☆☆ C2 C4
Appeler le professeur et présenter vos résultats.
☆☆ C5
Loi de Boyle-Mariotte :
………. / 6 pts
12.) Placer le piston de la seringue pour avoir un volume d’air de 30 mL dans la seringue. Reliez le tube PVC de la seringue au pressiomètre. Compléter le tableau suivant :
| Volume d’air dans la seringue (mL) | 10 | 20 | 30 | 40 | 50 |
| Volume V d’air dans la seringue (L) | ………………………. | ………………………. | ………………………. | ………………………. | ………………………. |
| Pression relative (hPa) | ………………………. | ………………………. | ………………………. | ………………………. | ………………………. |
| Pression relative (kPa arrondi à 0,1) | ………………………. | ………………………. | ………………………. | ………………………. | ………………………. |
| Pression P absolue (kPa arrondi à 0,1) | ………………………. | ………………………. | ………………………. | ………………………. | ………………………. |
| P * V (J arrondi à 0,01) | ………………………. | ………………………. | ………………………. | ………………………. | ………………………. |
☆☆☆☆☆ C3
P x V = constante
P : pression en Pa
V : volume du gaz en m3
13.) La formule ci-dessus est-elle validée par les résultats obtenus à la question 12.).
Si non, proposez trois hypothèses pouvant expliquer cette différence :
- ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….
- ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….
- ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….
☆☆☆ C2 C4
Appeler le professeur et présenter vos résultats.
☆☆ C5
14.) Réaliser à nouveau le protocole précédent à l’aide d’un manomètre à aiguille et reporter vos valeurs dans un tableau ci-dessous :
☆☆ C3 C5
Annexe : définir un protocole expérimental
| Questions à se poser | Exemple 1 | Exemple 2 |
| La grandeur mesurée ? Sa notation ? | La tension électrique U | L’intensité électrique I |
| Avec quel instrument ? | Un voltmètre | Un ampèremètre |
| En quelle unité ? | En Volts | En Ampères |
| Ce que je fais de ces mesures ? | Je calcule le produit U x I |
Ainsi le protocole est :
Je mesure la tension électrique U en Volts avec un voltmètre et l’intensité I en Ampères avec un ampèremètre.
Je calcule ensuite le produit U x I et relève les valeurs dans un tableau.
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.
Compétence – C1
S’approprier
Rechercher, extraire et organiser l’information.
Traduire des informations, des codages.
Compétence – C2
Analyser
Raisonner
Émettre des conjectures, formuler des hypothèses.
Proposer, choisir une méthode de résolution ou un protocole expérimental.
Élaborer un algorithme.
Compétence – C3
Réaliser
Mettre en œuvre une méthode de résolution, des algorithmes ou un protocole expérimental en respectant les règles de sécurité.
Utiliser un modèle, représenter, calculer.
Expérimenter, faire une simulation.
Compétence – C4
Valider
Exploiter et interpréter des résultats ou des observations de façon critique et argumentée.
Contrôler la vraisemblance d’une conjecture, de la valeur d’une mesure.
Valider un modèle ou une hypothèse.
Mener un raisonnement logique et établir une conclusion.
Compétence – C5
Communiquer
Rendre compte d’un résultat, à l’oral ou à l’écrit en utilisant des outils et un langage approprié.
Expliquer une démarche.