Cours N2-1 - Notions de Physique

P.Hugon

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• Publié par: Kocuj
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• Langue: Français

Extrait

PLAN DU COURS NOTIONS DE PHYSIQUE - EQUILIBRE ET AUTONOMIE (N2)
1. NOTIONS DE PHYSIQUE........................................................................................................................2
1.1. PETITS RAPPELS PRÉALABLES.................................................................................................2
1.2. LA PRESSION...............................................................................................................................2
1.3. LES EFFETS DE LA PRESSION – LA COMPRESSIBILITÉ DES GAZ ..........................................3
1.4. LA FLOTTABILITÉ (POUSSÉE D’ARCHIMÈDE) ...........................................................................4
2. APPLICATIONS À LA PLONGÉE............................................................................................................5
2.1 CONSÉQUENCE DE LA POUSSÉE D’ARCHIMÈDE SUR L’ÉQUILIBRE ......................................5
2.2. CONSÉQUENCES DE LA COMPRESSIBILITÉ DES GAZ SUR L’AUTONOMIE ...........................6
2.3. QUELQUES PRECISIONS SUR LA NOTION DE RÉSERVE.........................................................71. NOTIONS DE PHYSIQUE
1.1. PETITS RAPPELS PREALABLES
3L’unité MKSA de surface est le m², celle de volume le m , mais la plus usitée est le litre, qui correspond à un
3 3cube de 10 cm par 10 cm, et comme 1 décimètre = 10 cm, nous avons 1 litre = 1 dm = 1000 cm …
La densité d’un corps est le rapport entre la masse d’un corps et celle d’un corps de référence occupant le
même volume. La densité s’exprime sans unité.
3Exemples : masse de 1 dm d’eau = 1 kg => densité de l’eau (par rapport à l’eau) = 1 (1 litre pèse 1 kg),
3masse de 1 dm de plomb = 11,3 kg => densité du plomb = 11,3/1 = 11,3.
1.2. LA PRESSION
1.2.1. Notion de force
Toute cause capable de mettre un corps en mouvement ou de modifier ce mouvement (accélération, …).
Toute cause capable de déformer un corps ou de le maintenir au repos.
1.2.2. Mise en évidence
Un enfant de 20kg marchant sur la neige encroûtée ne s’enfonce pas, par contre une personne de 60 kgva plus probablement s’enfoncer sur ses traces.
Si maintenant, cette dernière personne met des raquettes qui triplent sa surface plantaire, elle nes’enfonce plus. Car, pour le même poids (la même force), la pression exercée est divisée par trois.
Cette pression est donc inversement proportionnelle à la surface et proportionnelle à la force.
1.2.3. Définition
Une pression est une force qui s’exerce et se répartit uniformément sur une surface et dont la mesure
est le quotient de la force par la surface. P = F / S
On connaît plusieurs unités de pression, l’unité MKSA est le Pascal, il y a aussi le millimètre de mercure
(symbole Hg) et surtout le bar, qui est la plus usitée en plongée (PSI = pounds per square inch).
1 bar = 1 kgf / cm² = 10 m d’eau = 750 mm de Hg = 75 cm de Hg = 750 Torr = 14,5 Psi
1 atm = 1,013 bar = 760 mmHg = 1013 hecto Pascals
1.2.4. La pression en plongée
C’est l’effet combiné du poids des masses au-dessus de nous, elle s’exerce dans toutes les directions.
1.2.4.1 Pression atmosphérique
⇒ C’est la pression exercée par la couche d’air environnant la terre.
⇒ Retenez qu’elle est toujours égale à 1 bar au niveau de la mer.
1.2.4.2 Pression hydrostatique (ou pression relative)
⇒ C’est la pression exercée par le poids de l’eau qui se trouve au-dessus du plongeur.
⇒ Cette pression augmente, de manière régulière et linéaire en fonction de la profondeur, d’un
bar tous les 10 mètres.
1.2.4.3 Pression absolue
⇒ C’est la somme de la pression hydrostatique et atmosphérique(le poids de la colonne d’eau et d’air au dessus du plongeur).
⇒ C’est la pression que subit tout corps immergé. Pression_abs (bar) = 1 + [Profondeur (m) / 10]Elle s’exerce dans toutes les directions. Profondeur = [Pression_abs - 1] x 10
1.2.5. Exercices
1) Quelle est la pression absolue à 25m ?
2) A quelle profondeur se trouve un plongeur subissant une Pabs = 1,8 bar ?
3) Imaginez un tube de section 1cm² de 10 mètres de haut qui est rempli d’eau, quel poids d’eau(exprimé en kgf) exerce-t’il en son extrémité basse ? (Densité de l’eau = 1).1.3. LES EFFETS DE LA PRESSION – LA COMPRESSIBILITE DES GAZ
1.3.1. Mise en évidence de la compressibilité des gaz
1.3.1.1 La pompe à vélo
Prenez une pompe à vélo dont vous obturez l’orifice, il vous est possible de repousser loin le piston.Il aura tendance à reprendre sa position première lorsque vous cessez d’exercer une force.
Si vous la remplissez d’eau, vous constaterez qu’il n’est plus possible de repousser le piston.
Surface du piston Force ( => pression)
1.3.1.2 Expérience
Imaginons un ballon que l’on immerge dans l’eau et qu’on surveille son volume à différentes
profondeurs, on constate : (en grisé, les étapes de diminution de moitié du volume initial)
profondeur pression Volume du ballon
0 m 1 bar 12 litres
-10 m 2 bars 6 litres
-20 m 3 bars 4 litres Le volume diminue par 2
-30 m 4 bars 3 litres
-40 m 5 bars 2,4 litres
-50 m 6 bars 2 litres
-60 m 7 bars 1,7 litres
-70 m 8 bars 1,5 litres
Principe : Pour une quantité donnée de gaz, le produit pression x volume est une constante.
V xP = V xP => « Si V augmente, P diminue »1 1 2 2

V 2V 1
P 2P 1
Les variations de pression et donc de volume sont proportionnellement plus importantes dans
les 10 premiers mètres sous la surface.
1.3.2. Définitions (loi de Mariotte)
A température constante, le volume occupé par une masse gazeuse varie inversement
proportionnellement à la pression absolue qui règne au sein de cette masse gazeuse.
Pression x Volume = Constante P x V = P x V = Cste1 1 2 2
1.3.3. Exercice
1) Le volume de vos poumons est de 6 litres, vous êtes à -20 m. Vous respirez à fond et bloquez votre
respiration. Quel sera le volume à –15 m, -5 m, la surface ?1.4. LA FLOTTABILITE (POUSSEE D’ARCHIMEDE)
èmeArchimède est un savant grec du 2 siècle avant J.C., auquel on doit, entre autres, la découverte du
nombre π.
La légende veut que ce soit dans son bain qu’il a eu l’intuition de la raison de la flottabilité et qu’il se
précipita nu dans la rue, criant « Euréka » (j’ai trouvé)…
1.4.1. Mise en évidence de la flottabilité
Une personne de 60kg se met dans une baignoire remplie à raz bord.
Elle éprouve immédiatement la sensation d’être moins lourde…
L’eau qu’elle déplace en entrant dans la baignoire correspond au volume de la personne, cette eau est
récupérée et pesée, car on fait facilement le lien entre volume et poids en supposant que la densité del’eau est de 1 (1 l = 1 kg).
Donc tout corps plongé dans un liquide déplace son propre volume de ce liquide…
Si maintenant, c’est un ballon gonflé que vous cherchez à immerger dans l’eau du bain, vous vousrendez compte immédiatement qu’il offre beaucoup de résistance au fur et à mesure qu’il rentre dans
l’eau.
Donc tout corps immergé dans un liquide reçoit de la part de celui-ci une poussé dirigée de bas en haut,
et en combinant les deux observations, on fait la relation entre cette poussée et le poids de l'eau
déplacée.
1.4.2. Définitions
Principe d’Archimède : Tout corps plongé dans un fluide (liquide ou gaz) reçoit de la part de ce fluide
une poussé verticale dirigée de bas en haut et égale au poids du volume de fluide déplacé par le corps.
1.4.3. Application à la plongée : la flottabilité
La poussée d’Archimède, qui s’oppose au poids, détermine l’équilibre d’un corps immergé, autrement dit
sa flottabilité.
Il y a 3 cas de figure :
• Poids réel > Poussée d’Archimède => le corps coule, on parle de flottabilité négative,
• Poids réel = Poussée d’Archimède => le corps est en équilibre, on parle de flottabilité nulle,
• Poids réel < Poussée d’Archimède => le corps flotte à la surface, on parle de flottabilité positive.

1.4.4. Poids réel et poussée d’Archimède
Poids réel et poussé d’Archimède s’exercent dans la même direction, mais on considère que la flottabilité est
positive lorsqu’elle s’exerce vers le haut, alors que par convention on considère que le poids réel est positiflorsqu’il s’exerce vers le bas.
Si on veut donc représenter les mêmes effets sur le même axe, on portera les poids dans le sens positif et lespoussées exprimées en kilogramme dans le sens négatif.
Sens de la flottabilité Sens du poids et des poussées
(exprimés en kilogramme)2. APPLICATIONS A LA PLONGEE
2.1. CONSEQUENCE DE LA POUSSEE D’ARCHIMEDE SUR L’EQUILIBRE

Bouteille équipée
Combinaison
Déformation de la combinaison néoprène