Mécanique des fluides en Terminale
Cours complet, points clés à retenir et exercices d'entraînement de mécanique des fluides pour les élèves de Terminale. Conforme au programme officiel.
Réviser notion par notion
Ce que tu vas réviser
- Poussée d'Archimède
- Écoulement en régime permanent, débit volumique
- Relation de Bernoulli
- Effet Venturi
Poussée d'Archimède
La poussée d'Archimède est la force verticale dirigée vers le haut qu'exerce un fluide sur un objet immergé. Elle est égale au poids du fluide déplacé par l'objet.
Exemple
Un bateau flotte sur l'eau parce que la poussée d'Archimède (vers le haut) équilibre son poids (vers le bas). Plus le bateau est lourd, plus il s'enfonce pour déplacer plus d'eau.
À retenir : $F_A = \rho \times g \times V$ où ρ est la masse volumique du fluide, g l'accélération de pesanteur, et V le volume immergé.
Écoulement en régime permanent
Un écoulement est en régime permanent quand les propriétés du fluide (vitesse, pression, densité) en chaque point ne changent pas avec le temps. Le fluide s'écoule de manière stable et prévisible.
Exemple
L'eau qui coule d'un robinet ouvert à débit constant : à chaque instant, la vitesse et la pression sont identiques aux mêmes endroits du tuyau.
À retenir : En régime permanent, les propriétés du fluide sont constantes dans le temps en chaque point de l'écoulement.
Débit volumique
Le débit volumique est le volume de fluide qui traverse une section donnée par unité de temps. Il mesure la quantité de fluide qui s'écoule.
Exemple
Un robinet qui remplit un seau de 10 litres en 20 secondes a un débit de 0,5 litre par seconde.
À retenir : $Q = \frac{V}{\Delta t} = S \times v$ où S est la section du tuyau et v la vitesse du fluide.
Relation de Bernoulli
La relation de Bernoulli exprime la conservation de l'énergie mécanique le long d'une ligne de courant en régime permanent. Elle relie la pression, la vitesse et l'altitude du fluide.
Exemple
Dans un tuyau qui monte, l'eau ralentit et sa pression diminue. En bas du tuyau, l'eau est plus rapide et la pression est plus élevée.
À retenir : $P + \frac{1}{2}\rho v^2 + \rho g h = \text{constante}$ : la somme de la pression, de l'énergie cinétique et de l'énergie potentielle reste constante.
Effet Venturi
L'effet Venturi est la diminution de pression qui se produit quand un fluide s'accélère en passant par une section rétrécie. Plus le fluide va vite, plus la pression baisse.
Exemple
Un pulvérisateur de parfum : l'air soufflé rapidement dans le tube réduit la pression, ce qui aspire le liquide vers le haut.
À retenir : Quand la section diminue, la vitesse augmente et la pression diminue (application directe de Bernoulli).
Les points clés
- La poussée d'Archimède dépend du volume immergé et de la densité du fluide, pas de la profondeur
- En régime permanent, le débit volumique est identique en tous les points d'un circuit fermé
- La relation de Bernoulli traduit la conservation de l'énergie mécanique dans un fluide en mouvement
- L'effet Venturi explique pourquoi la pression baisse quand la vitesse augmente
- Le débit volumique est le produit de la section par la vitesse : $Q = S \times v$
L'essentiel
La mécanique des fluides repose sur deux principes : la conservation de l'énergie (Bernoulli) et la conservation du débit (continuité), qui expliquent ensemble comment les fluides se comportent en mouvement.
Exercices d'entraînement
Entraîne-toi sur ces exercices, puis fais-toi corriger pas à pas par le tuteur.
Exercice 1
Un tuyau horizontal de section 4 cm² transporte de l'eau à une vitesse de 2 m/s. Le tuyau se rétrécit ensuite à une section de 1 cm². Calculez la vitesse de l'eau dans la section rétrécie et expliquez pourquoi la pression y diminue.
Corrige cet exercice avec le tuteur →Exercice 2
Un objet en bois de volume 0,5 m³ et de masse volumique 600 kg/m³ est immergé dans l'eau (masse volumique 1000 kg/m³). Calculez la poussée d'Archimède et déterminez si l'objet flotte ou coule.
Corrige cet exercice avec le tuteur →