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Sciences de l'ingénieur · 2ème Année Bac — Sciences et Technologies Mécaniques

Hydrostatique

Le cours expliqué simplement, les questions que tous les élèves se posent et des exercices type examen national. Programme marocain, gratuit.

📘 Fiche de cours

L'essentiel du cours

L'hydrostatique étudie les fluides au repos.

  1. Pression ($P$) : Rapport d'une force pressante $F$ sur une surface $S$. $P = \frac{F}{S}$ (en Pascal, Pa).
  2. Loi fondamentale de la statique des fluides : La différence de pression entre deux points $A$ et $B$ est : $P_B - P_A = \rho \cdot g \cdot (z_A - z_B)$.
  3. Théorème de Pascal : Une pression appliquée en un point d'un fluide incompressible se transmet intégralement dans toutes les directions.
  4. Principe d'Archimède : Tout corps plongé dans un fluide subit une force verticale, dirigée vers le haut, égale au poids du volume de fluide déplacé : $F_A = \rho_{fluide} \cdot V_{immerge} \cdot g$.

Méthodes à maîtriser

  • Calcul de pression : Toujours convertir les unités en unités SI ($N/m^2$ pour la pression, $kg/m^3$ pour la masse volumique, $m$ pour la hauteur).
  • Utilisation du manomètre : Identifier les surfaces $S_1$ et $S_2$ pour appliquer $F_1/S_1 = F_2/S_2$.
  • Bilan des forces : Pour les problèmes de flottabilité, faire le bilan (Poids, Poussée d'Archimède) et appliquer le PFD (somme des forces = 0).

Exemples corrigés

Exemple 1 : Une force de 500 N est appliquée sur un piston de $0,01 m^2$. Quelle est la pression ? $P = F/S = 500 / 0,01 = 50 000 Pa = 0,5 bar$.

Exemple 2 : Calculer la pression à 10m de profondeur dans l'eau ($\rho = 1000 kg/m^3$, $g=9,81 m/s^2$). $P = P_{atm} + \rho \cdot g \cdot h = 101325 + 1000 \cdot 9,81 \cdot 10 = 199 425 Pa$.

Erreurs fréquentes

  • Oublier d'ajouter la pression atmosphérique ($P_{atm}$) dans les calculs de pression absolue.
  • Confondre la masse volumique du fluide et celle de l'objet.
  • Utiliser des unités non-SI (ex: cm au lieu de m pour la hauteur).
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Défi flash : 4 questions

Sans compte

🎯 Hydrostatique

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Quelle est l'unité de la pression dans le système international ?

❓ Questions fréquentes

Est-ce que la pression dépend de la forme du récipient ?

Non, la pression en un point d'un fluide au repos ne dépend que de la profondeur ($h$) et de la masse volumique du fluide ($\rho$). La forme du récipient n'influence pas la pression à une profondeur donnée.

💡 À retenir : $P = P_{atm} + \rho \cdot g \cdot h$.

Kifach n7seb la poussée d'Archimède ila kan l'objet ghir mghattas chwiya ?

Pour calculer la poussée d'Archimède, tu dois uniquement prendre en compte le volume de la partie immergée ($V_{immerge}$).

  1. Calcule le volume de la partie sous l'eau.
  2. Multiplie par la masse volumique du liquide et par $g$.

💡 À retenir : $F_A = \rho_{liquide} \cdot V_{immerge} \cdot g$.

Pourquoi on utilise souvent l'huile dans les systèmes hydrauliques ?

L'huile est utilisée car elle est incompressible, ce qui permet de transmettre les efforts instantanément, et elle lubrifie les composants du système (vérins, pompes) pour éviter l'usure.

💡 À retenir : Un fluide incompressible est indispensable pour la transmission de puissance hydraulique.

Chno hiya la différence bin pression relative et pression absolue ?

La pression absolue est la pression totale (incluant l'air extérieur). La pression relative (ou manométrique) est la pression mesurée par rapport à la pression atmosphérique.

  1. $P_{abs} = P_{rel} + P_{atm}$.
  2. En général, $P_{atm} \approx 10^5 Pa$.

💡 À retenir : $P_{rel} = P_{abs} - P_{atm}$.

Est-ce que la pression est la même partout dans un circuit fermé ?

Oui, selon le principe de Pascal, si le fluide est au repos, une variation de pression appliquée en un point est transmise intégralement à tous les points du fluide.

💡 À retenir : En statique, $P_1 = P_2$ si les points sont à la même hauteur.

Kifach n3ref wach l'objet ghadi yghraq wla ghadi y3oum ?

Il faut comparer le poids de l'objet ($P = m \cdot g$) et la poussée d'Archimède maximale ($F_{A,max} = \rho_{liquide} \cdot V_{total} \cdot g$).

  1. Si $P > F_{A,max}$, l'objet coule.
  2. Si $P \leq F_{A,max}$, l'objet flotte.

💡 À retenir : La densité de l'objet par rapport au fluide détermine la flottabilité.

Est-ce que la température change la pression dans un liquide ?

Oui, car la température modifie la masse volumique ($\rho$) du fluide (dilatation). Cependant, dans les exercices de niveau bac, on considère souvent le fluide comme incompressible. (à vérifier par le professeur).

💡 À retenir : En statique simple, on considère $\rho$ constant.

Quelle est l'unité de la pression dans le système international ?

L'unité est le Pascal (Pa).

  1. $1 Pa = 1 N/m^2$.
  2. On utilise souvent le bar ($1 bar = 10^5 Pa$).

💡 À retenir : Toujours convertir en Pascal pour les calculs.

Est-ce que la poussée d'Archimède dépend de la profondeur ?

Non, la poussée d'Archimède ne dépend que du volume immergé et de la masse volumique du fluide, pas de la profondeur à laquelle l'objet se trouve.

💡 À retenir : $F_A$ est constante tant que le volume immergé ne change pas.

Si j'ai deux pistons de surfaces différentes, comment calculer la force ?

Tu utilises le principe de Pascal : la pression est identique sous les deux pistons.

  1. $P_1 = P_2$
  2. $F_1 / S_1 = F_2 / S_2$
  3. Donc $F_2 = F_1 \cdot (S_2 / S_1)$.

💡 À retenir : Le rapport des surfaces permet de multiplier l'effort.

Est-ce que le poids de l'objet joue un rôle dans la pression au fond du récipient ?

Oui, le poids de la colonne de liquide au-dessus du point considéré crée la pression hydrostatique. Le poids de l'objet immergé peut aussi augmenter la pression globale si le récipient est fermé.

💡 À retenir : $P = P_{atm} + \rho \cdot g \cdot h$.

Comment convertir les bars en Pascals ?

C'est très simple : il suffit de multiplier par $10^5$.

  1. $1 bar = 100 000 Pa$.
  2. $5 bar = 500 000 Pa$.

💡 À retenir : $1 bar = 10^5 Pa$.

✍️ Exercices type examen national

Exercice 1

Un vérin hydraulique possède un piston de surface $S_1 = 20 cm^2$ et un piston de sortie $S_2 = 100 cm^2$. On applique une force $F_1 = 150 N$ sur le petit piston. Calculer la force $F_2$ exercée par le grand piston.

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Exercice 2

Un réservoir d'eau est ouvert à l'air libre. Calculer la pression absolue au fond du réservoir sachant que la hauteur d'eau est de 5 m. On donne : $\rho = 1000 kg/m^3$, $g = 9,81 m/s^2$, $P_{atm} = 101325 Pa$.

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Exercice 3

Un cube en acier de côté $a = 0,2 m$ est totalement immergé dans l'eau ($\rho = 1000 kg/m^3$). Calculer la poussée d'Archimède subie par le cube. ($g = 9,81 m/s^2$).

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