Pression

La façon dont une force est répartie sur une surface est ce que nous appelons Pression. Une personne debout sur ses deux pieds exerce moins de pression sur le sol que la même personne debout sur la pointe des pieds. Dans les deux cas, la force est la même (le poids de la personne), mais la zone est moindre quand on se tient debout sur la pointe des pieds, c’est-à-dire que plus de force est appliquée par unité de surface.

Si nous marchons sur la neige, nous nous y enfoncerons sûrement. Cependant, en utilisant les patins, nous augmentons la surface de contact avec la neige. De cette façon, nous répartissons la force de notre poids sur la neige, réduisant la pression, afin que nous puissions nous déplacer plus facilement.

En physique, la pression est une grandeur scalaire, c’est-à-dire qu’il est indépendant de la direction ou du sens de la force. Tout objet qui a un poids exerce une pression sur la surface avec laquelle il est en contact, tant que la force est perpendiculaire à la surface. De plus, les liquides et les gaz exercent également une pression sur la surface des objets avec lesquels ils sont en contact.

Unités de pression

La pression peut être exprimée à l’aide de différentes unités, dont les valeurs et les correspondances sont présentées dans le tableau suivant:

Unités de pression Valeur

pascal (Pa)1 Pa = 1 N / m2
atmosphère (atm)1 atm = 1,0132 x 105 Pa

1 atm = 760 mmHg

millimètres de mercure (mmHg)1 mmHg = 1,33322 x102 Pa

1 mmHg = 0,00132 atm

Pub1 bar = 1,0 x 105 Pa
torr (Torr)1 tore = 1 mmHg
livres par pouce (psi)1 psi = 6894,76 Pa

Types de pression

En science, il existe plusieurs types de pressions:

  • Pression hydrostatique: pression exercée par des fluides statiques (liquides non compréhensibles) sur les surfaces des objets en contact avec le fluide. Bien que le fluide soit statique, ses molécules se déplacent et sont responsables de la force exercée.
  • Pression absolue: est la somme de la pression d’un système et de la pression exercée par l’air dans ledit système, c’est-à-dire la pression totale. Par exemple, dans un réservoir d’eau de 12 mètres de profondeur avec le dessus ouvert à l’air, la pression absolue est égale à la somme de la pression atmosphérique plus la pression exercée par l’eau à l’intérieur du réservoir.
  • Pression manométrique est la différence entre la pression d’un système et la pression atmosphérique. Par exemple, dans un réservoir d’eau de 12 mètres de profondeur avec le dessus ouvert à l’air, la pression relative est la pression exercée par l’eau dans le réservoir.
  • Pression atmosphèrique (pa): est la force exercée par l’air à la surface de la terre, c’est-à-dire la pression de l’atmosphère terrestre. La pression atmosphérique dépend de la météo et de l’altitude, la valeur moyenne de pa au niveau de la mer étant:

gras italique p indice gras italique un gras égal gras 1 gras atmosphère gras espace gras espace gras parenthèse gauche gras atm gras parenthèse droite gras égal gras 101325 gras espace gras pascal gras espace gras parenthèse gauche gras virgule gras parenthèse droite gras égal virgule gras gras parenthèse droite gras égal gras 013 gras espace gras barre gras égal gras 760 gras espace gras mmHg

  • Tension artérielle ou tension artérielle: est la force exercée par le sang (un fluide) contre la surface interne des artères. Dans l’aorte, l’artère qui reçoit le flux sanguin pompé par le cœur, est l’endroit où la pression artérielle la plus élevée est enregistrée.
  • Pression osmotique: est la pression d’une solution contre une membrane semi-perméable fermée, qui affecte le mouvement de l’eau à travers elle. Par exemple, lorsque la pression osmotique est plus élevée d’un côté de la membrane, l’eau se déplace du côté basse pression vers le côté haute pression. Ce mouvement d’eau permet d’équilibrer les pressions de part et d’autre de la membrane.

Voir également Pression atmosphérique.

Comment calculer la pression?

Pour calculer la valeur de la pression, nous utilisons plusieurs formules, en fonction du milieu qui exerce la force et de la surface de contact. Par exemple, la formule de la pression d’un solide est:

gras italique p gras égal fraction gras Force dans le gras Zone gras égal fraction gras F entre gras A

où p est la pression, F est la force et A est l’aire.

Par exemple, une pyramide tronquée de 5 kg, dont la base principale a une superficie de 20 cm2, a une pression de:

gras p gras égal fraction gras F entre gras A gras à fraction égale numérateur gras parenthèse gauche gras 5 gras espace gras kg gras espace gras multiplication croisé gras 9 gras virgule gras 8 gras espace gras N gras divisé par gras kg gras parenthèse droite entre dénominateur 0 gras virgule gras 2 gras espace gras m élevé en gras 2 fin fraction gras égal gras 245 espace gras gras N gras divisé par gras m élevé en gras 2 gras égal gras 245 espace gras gras Pa

la même pyramide tronquée, posée sur sa plus petite base égale à 5 cm2, a une pression de:

gras p gras égal fraction gras F entre gras A gras à fraction égale numérateur gras parenthèse gauche gras 5 gras espace gras kg gras espace gras multiplication croisé gras 9 gras virgule gras 8 gras espace gras N gras divisé par gras kg gras parenthèse droite entre dénominateur 0 gras virgule gras 05 gras espace gras m élevé à gras 2 fin fraction gras égal gras 980 gras espace gras N gras divisé par gras m élevé à gras 2 gras égal gras 980 gras espace gras Pa

Pression du gaz

Lorsque nous voulons calculer la pression d’un gaz à l’intérieur d’un conteneur, nous utilisons la formule suivante:

style taille 16px gras italique p gras numérateur de fraction égale gras n gras R gras T entre dénominateur gras V fin fraction fin style

où p est la pression, n est le nombre de molécules de gaz, R est la constante du gaz, T est la température du gaz (exprimée en kelvin) et V est le volume du récipient. La valeur de R est égale à 8,314 J / mol K.

On peut en déduire qu’en augmentant la température et / ou le nombre de molécules ou en diminuant le volume du récipient, la pression du gaz augmente.

Voir aussi les lois sur les gaz.

Pression dans les fluides

Les liquides ont également une pression, auquel cas nous utilisons la formule:

style taille 16px gras italique p gras numérateur à fraction égale gras E gras n gras e gras r gras g gras í gras a entre le dénominateur gras V gras ou gras l gras u gras m gras e gras n fin fraction gras égal fraction numérateur gras m gras g gras h entre dénominateur gras V fin fraction gras égal gras italique rho gras italique g gras italique h fin style

où p est la pression, m est la masse, V est le volume, ρ (lire rho) est la densité du fluide, g est la constante de gravité et h est la hauteur.

On en déduit que plus la densité du liquide est élevée ou plus la profondeur / hauteur est grande, la pression augmente.

Voir aussi les formules de physique.

Comment la pression est-elle mesurée?

La pression atmosphérique est mesurée avec des appareils appelés baromètres. Un type de baromètre est un tube de verre vertical rempli de mercure liquide. La hauteur que le mercure atteint est une mesure de la pression, donc la pression atmosphérique est égale à 760 mmHg.

Les manomètres Ce sont d’autres instruments de mesure de la pression; Les manomètres ouverts mesurent la pression des gaz par rapport à la pression atmosphérique. La pression peut également être mesurée avec des capteurs de pression électroniques.

D’autre part, la pression artérielle est mesurée en mmHg et l’appareil utilisé pour la mesurer est appelé sphygmomanomètre, ou plus communément tensiomètre. La pression systolique est la lecture de pression la plus élevée tandis que la pression diastolique est la lecture la plus basse.

Exercices de pression résolus

1. Une personne pèse 80 kg et la superficie de la plante de ses pieds est de 200 cm. Quelle est la pression qu’elle exerce sur le sol? Exprimez-le en atm.

La formule que nous utiliserons pour déterminer la pression est:

gras italique p gras égal fraction gras F entre gras A

La valeur de la force est le poids exprimé en newtons:

style taille 16px gras Force gras égal gras 80 gras espace gras kg gras espace gras x gras espace gras 9 gras virgule gras 8 gras espace gras N gras égal à gras espace gras 784 gras espace gras style N fin

La valeur de la surface est exprimée en m2:

style taille 16px gras 200 gras espace barré en diagonale haut gras cm élevé à gras 2 extrémité barré gras espace gras x gras espace fraction numérateur gras 1 gras gras m élevé à gras 2 entre le dénominateur gras 10000 espace gras barré diagonale haut gras cm élevé un gras 2 fin barré fin fraction gras égal gras 0 gras virgule gras 02 gras espace gras m élevé en gras style 2 extrémités

Nous substituons les valeurs de force et de surface dans la formule de pression:

style taille 16px gras italique p gras fraction égale gras F entre gras Un gras à fraction égale numérateur gras 784 gras espace gras N entre dénominateur gras 0 gras virgule gras 02 gras espace gras m élevé à gras 2 fin fraction gras égal gras 39200 gras espace gras N gras divisé par gras m élevé à gras 2 gras égal gras 3 gras virgule gras 92 gras espace gras x gras espace gras 10 élevé en gras 4 espace gras gras style de fin de pa

Nous convertissons la valeur de Pa en atm:

style taille 16px gras 3 gras virgule gras 92 gras espace gras x gras espace gras 10 en relief 4 gras espace gras Pa gras espace gras x fraction numérateur gras 1 gras gras atm entre dénominateur gras 1 gras virgule gras 0132 gras espace gras x gras gras espace 10 élevé en gras 5 gras espace gras Pa fin fraction gras égal gras 0 gras virgule gras 386 gras espace gras style de fin atm

Réponse: la personne debout de 80 kg exerce une pression de 0,386 atm sur le sol.

2. Quelle est la force ressentie par une fenêtre circulaire de 20 cm de diamètre d’un sous-marin à une profondeur de 100 mètres dans la mer Baltique, la densité de l’eau de mer étant de 1025 kg / m3?

Nous isolons la force de la formule de pression:

style taille 16px gras italique F gras même gras italique p gras. gras italique A gras égal espace gras gras parenthèse gauche gras italique rho gras italique g gras italique h gras parenthèse droite gras italique A fin du style

La pression dans ce cas va être calculée à partir de la formule de pression d’un fluide, puisque le sous-marin est immergé dans l’eau de mer. La zone est la zone de la fenêtre circulaire qui est:

Erreur lors de la conversion de MathML en texte accessible.

style taille 16px gras italique F gras égal égal gras parenthèse gauche gras 1025 gras espace gras italique k gras italique g gras divisé par gras italique m élevé en gras 3 gras. gras espace gras 9 gras virgule gras 8 gras espace gras italique m gras divisé par gras italique s élevé en gras 2 gras. gras espace gras 100 gras espace gras italique m gras parenthèses droites gras espace gras 0 gras virgule gras 0314 gras espace gras italique m élevé en gras 2 gras italique F gras égal gras 31541 gras virgule gras 3 gras espace gras style fin N

Réponse: La force sur la fenêtre du sous-marin à 100 m est de 3,15413 x 104 N.

Les références

Sears, F., Zemansky, M., Young, H, D., Freedman, RA (2009) University Physics volume 1, 12e édition. Pearson Education, Mexique.

 

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