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Principe de Pascal

Le principe de Pascal, appelé aussi loi de Pascal, théorÚme de Pascal, ou principe de transmission de pression de fluide, est un résultat de mécanique des fluides.

CrĂšve-tonneau de Pascal : Ă©clatement d'un tonneau sous la pression d'une colonne d'eau.

Il est énoncé par le savant et philosophe Blaise Pascal dans son Traité de l'équilibre des liqueurs probablement rédigé en 1651[1]. Toutefois il avait déjà été précédemment compris par Simon Stevin au XVIe siÚcle[2]. ». On lui donne aussi le nom de « Paradoxe hydrostatique ». Les manifestations de ce paradoxe sont utilisées dans l'enseignement du phénomÚne, notamment pour expliquer la transmission isotrope des forces qui s'exercent sur un fluide. L'une des expériences les plus connues est le crÚve-tonneau de Pascal.

ÉnoncĂ©s

Principe de Pascal — Dans un liquide en Ă©quilibre de masse volumique uniforme, la pression est la mĂȘme en tout point du liquide et cela aussi longtemps que ces points sont Ă  la mĂȘme profondeur.

Autre formulation :

Principe de Pascal — Toute variation de pression en un point d'un liquide contenu dans un rĂ©cipient s'accompagne d'une Ă©gale variation de pression en tout point du liquide.

Dont on tire le théorÚme fondamental de l'hydrostatique :

ThĂ©orĂšme fondamental de l'hydrostatique — Dans un liquide en Ă©quilibre de masse volumique uniforme, la diffĂ©rence des pressions en deux points est Ă©gale au poids de la colonne de liquide ayant pour section l'unitĂ© de surface et pour hauteur la diffĂ©rence de niveau des deux points.

Toute pression exercée sur un liquide se transmet par lui intégralement et dans toutes les directions.

Formules

La différence de pression entre deux points 1 et 2, situés respectivement à une profondeur h1 et h2 est donnée par la loi fondamentale de l'hydrostatique :

oĂč ρ est la masse volumique du liquide et g l'accĂ©lĂ©ration de la pesanteur.

On en tire la formule de la pression en un point quelconque du liquide situé à une profondeur h :

Avec P0 la pression à la surface du liquide (pression atmosphérique si le liquide est à l'air libre).

Si une force Fi est appliquée sur une surface Si d'un liquide confiné, il en résulte une force Ff s'appliquant sur une surface Sf telles que :

Applications

  • L’augmentation de la pression avec la profondeur est un phĂ©nomĂšne bien connu des plongeurs. Ceci concerne aussi les sous-marins. Le calcul de la hauteur d'une colonne d'eau qui gĂ©nĂšre une pression Ă©gale Ă  une atmosphĂšre (mesurĂ©e au niveau de la mer) est trĂšs aisĂ©. En premier lieu, il faut faire attention aux dimensions des valeurs ou des paramĂštres utilisĂ©s dans les Ă©quations au risque de faire de grosses erreurs. Pour que h (la hauteur de cette colonne d’eau) soit exprimĂ©e en mĂštres (m), il faut que les dimensions de tous les paramĂštres utilisĂ©s soient fonctions du diamĂštre. Soit ainsi : P la pression atmosphĂ©rique « normale » mesurĂ©e au niveau de la mer, 1 013 hPa (101 300 Pa ou 101 300 N/m2 ou encore 101 300 N m−2), ρ la masse volumique de l’eau, 1 000 kg/m3 ou 1 000 kg m−3 (le kilogramme est une unitĂ© de masse) et g l’accĂ©lĂ©ration de la pesanteur Ă©gale Ă  9,81 m/s2 ou 9,81 m s−2. On peut alors Ă©crire : P = h ρ g, 101 300 N m−2 = h × 1 000 kg m−3 × 9,81 m s−2 ou, en regroupant les valeurs et les dimensions : 101 300 N m−2 = h × 1 000 × 9,81 × (kg m s−2) × m−3. Puisque (kg m s−2) est la dimension du newton, on peut Ă©crire : 101 300 N m−2 = h × 9 810 × N m−3 d’oĂč : h = (101 300/9 810) m = 10,33 m.
  • Principe des vases communicants : distribution d'eau en agglomĂ©ration (siphons des aqueducs, chĂąteaux d'eau), presses[3] et freins hydrauliques, puits artĂ©sien, Ă©cluses et barrages, pompe aspirante utilisĂ©e pour remonter l'eau d'un puits... Si la surface de l'eau du puits est libre, c'est-Ă -dire soumise Ă  la seule pression atmosphĂ©rique locale, il est impossible qu'une pompe aspirante puisse remonter l'eau d'une profondeur supĂ©rieure Ă  (environ) 10 mĂštres et ce, quelle que soit la puissance de ladite pompe ! En effet, si la surface libre de l'eau du puits est situĂ©e Ă  une profondeur de plus de 10 mĂštres de la pompe, il se crĂ©era, entre la pompe et la surface de l'eau contenue dans le conduit d'aspiration, un espace vide d'air, rempli uniquement de vapeur d'eau
 C'est pour cette raison que, pour remonter de l'eau de puits trĂšs profonds (>10 m), on immerge dans le puits une pompe refoulante.
  • Le crĂšve-tonneau de Pascal, la ruina montium.
  • La transmission de pression de liquide interstitiel incompressible chez les animaux Ă  hydrosquelette, contribue Ă  leur dĂ©placement qui repose sur le principe de Pascal[4].

Notes et références

  1. Paolo Serini, Pascal, G. Einaudi, , p. 67
  2. « Si Stevin dĂ©couvrit les grands principes de l'hydrostatique, complĂ©tant ainsi l'Ɠuvre d'ArchimĂšde, le Brugeois ne parvint pas cependant Ă  les prĂ©senter sous une forme suffisamment belle et ordonnĂ©e ; ce fut l'Ɠuvre de Pascal de donner Ă  ces dĂ©couvertes une forme irrĂ©prochable. On peut dire que, si Stevin dĂ©couvrit le paradoxe de l'hydrostatique et le principe de l'Ă©galitĂ© de pression dans un liquide, ce fut Pascal qui, dans le TraitĂ© de l'Ă©quilibre des liqueurs, donna le premier un exposĂ© homogĂšne et bien ordonnĂ© de ces principes fondamentaux de l'hydrostatique. Cf Brunet Pierre. Georges Leboucq, AndrĂ© VĂ©sale ; Robert Depau, Simon Slevin ; Lucien Godeaux, Esquisse d'une histoire des mathĂ©matiques en Belgique ; E. DuprĂ©el, Adolphe OuĂ©telel, pages choisies et commentĂ©es ; Jean Pelseneer, ZĂ©nobe Gramme ; Marcel Florkin, LĂ©on FrĂ©dĂ©ricq et les dĂ©buts de la physiologie en Belgique ; Raymond LebĂšgue, Les correspondants de Peiresc dans les anciens Pays-Bas. In: Revue d'histoire des sciences et de leurs applications, tome 1, n°1, 1947. pp. 82-86. Lire en ligne
  3. Dans une presse hydraulique, si on exerce une poussĂ©e de 1 N sur 0,01 m2, on pourrait y faire correspondre une force de 100 N sur m2.
  4. EugÚne Hecht, Physique, De Boeck Supérieur, , p. 406

Voir aussi

Articles connexes

Liens externes

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