Pression
La pression est un concept important en physique, et est définie comme la magnitude de la force agissant perpendiculairement sur une surface, par unité de surface. L'unité SI de pression est le pascal (Pa), défini comme 1 newton par mètre au carré.[1]
[math]\displaystyle{ P=\frac{F}{A} }[/math], où
- P représente la pression
- F représente la force appliquée perpendiculairement (normale) à la surface, et
- A représente l'aire de la surface où est appliquée la force.
Pour comprendre ce que signifie la pression, imaginez que vous tenez une punaise et que vous la pressez légèrement entre l'index et le pouce, avec l'extrémité pointue sur le pouce et la tête sur l'index. Le pouce commencera immédiatement à ressentir de la douleur, alors que l'index n'en ressentira aucune. La punaise exerce la même force sur le pouce et l'index, mais la pression sur le pouce est beaucoup plus forte en raison de la petite surface sur laquelle la force est appliquée.[1]
La pression est importante dans de nombreuses applications physiques ; c'est un concept clé de la mécanique des fluides, utilisé dans la loi des gaz parfaits pour décrire l'énergie d'un gaz, et dans de nombreuses autres situations.
Pression du fluide
Dans la mécanique des fluides, la pression peut créer de nombreux dispositifs utiles dans différentes situations. En plomberie, des sections transversales différentes pour les tuyaux créent des vitesses plus élevées à différents endroits, alors que des sections plus petites entraînent des vitesses plus élevées (voir figure 1). Cela permet de contrôler la façon dont les fluides s'écoulent dans les rivières et les tuyaux d'arrosage.
La pression dans les fluides sans mouvement net, comme l'océan ou l'atmosphère, détermine en grande partie ce qui arrive aux fluides. L'atmosphère est un fluide compressible (qui change de volume lorsqu'on le pousse) composé de nombreux gaz différents. Ainsi, selon l'endroit où se trouve une personne sur la Terre, une pression s'exerce sur elle (la pression au niveau de la mer étant définie comme 1 atm).
Pour les fluides incompressibles comme l'eau, la relation [math]\displaystyle{ P=\rho gh }[/math] donne la pression sous une colonne de fluide, où [math]\displaystyle{ \rho }[/math] est la densité d'un fluide, [math]\displaystyle{ h }[/math] est la hauteur, et [math]\displaystyle{ g }[/math] est l'accélération de la gravité. Des instruments comme le baromètre à mercure (voir figure 2) peuvent être utilisés pour déterminer les pressions de l'atmosphère.[3]
Voir la page hyperphysics pour plus d'informations sur la pression statique des fluides.
Pression du gaz
La pression est déterminée par le flux de masse d'une région à haute pression vers une région à basse pression, ce qui est particulièrement visible avec les gaz.
Par exemple, un ballon que l'on remplit d'air se dilate parce que la pression à l'intérieur du ballon augmente pour atteindre des pressions supérieures à celles de l'extérieur. La pression étant une propriété qui détermine la direction dans laquelle la masse circule, dès que le ballon est relâché, l'air passe d'une région de haute pression à une région de basse pression et le ballon se dégonfle.[6]
Cette tendance de la pression à s'écouler des régions à haute pression vers les régions à basse pression est la force motrice du vent sur la Terre. En raison de l'échauffement inégal de la Terre, certaines zones sont soumises à des pressions plus élevées que d'autres, ce qui entraîne la circulation de l'air dans l'atmosphère (voir la figure 3). La plupart des phénomènes météorologiques, des ouragans aux tornades, sont le produit de la pression et de la température, et sont également influencés par la rotation de la Terre (voir l'Effet de Coriolis).
Voir également pression absolue, pression manométrique et pression des pneus pour plus d'informations sur la relation entre la pression et l'énergie. Visitez la page hyperphysics pour plus d'informations au sujet de la pression.
Simulation PhET
La simulation PhET fournie par l'Université du Colorado explore la façon dont la pression change en fonction de la densité du fluide, de la profondeur, de la gravité et des conditions atmosphériques. Faites glisser et déposez le manomètre pour mesurer la pression à différentes profondeurs et à différents endroits.
En savoir plus
- Pression absolue
- Pression manométrique
- Pression des pneus
- Force
- Fluide
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Références
- ↑ 1,0 et 1,1 R. Serway and J. Jewett, "Pressure," in Physics for Scientists and Engineers, 8th ed., Belmont, CA: Cengage Learning, 2010, ch.14, sec.1, pp. 403
- ↑ A Plus Physics, Continuity for Fluids [Online], Available: http://www.aplusphysics.com/courses/honors/fluids/continuity.html
- ↑ Hyperphysics, Mercury Barometer [Online], Available: http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/pman.html#bar
- ↑ Hyperphysics, Mercury Barometer [Online], Available: http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/pman.html#c4
- ↑ M. Pidwirny. (2013, Nov. 4). “Forces Acting to Create Wind” in Fundamentals of Physical Geography, 2nd Ed. [Online]. Available: http://www.physicalgeography.net/fundamentals/7n.html
- ↑ UC Davis Chem Wiki, Gas Pressure [Online], Available: http://chemwiki.ucdavis.edu/Physical_Chemistry/Physical_Properties_of_Matter/Phases_of_Matter/Gases/Gas_Pressure