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Fluides au repos : corrigé des exercices de sciences physiques première – PDF gratuit à télécharger et imprimer

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Fluides au repos : corrigé des exercices de sciences physiques première – PDF gratuit à télécharger et imprimer

Voici le corrigé détaillé des exercices sur les fluides au repos. Vérifie surtout les conversions d’unités (bar, hPa, cm2) et la rédaction de chaque calcul : formule, valeurs numériques avec unités, résultat arrondi avec le bon nombre de chiffres significatifs.

Ce corrigé est à télécharger en PDF et à imprimer gratuitement : le bouton se trouve en bas de la page, sans inscription.

La correction détaillée : corrigé fluides repos

Correction de l’exercice 1 : Questions de cours

1. Les molécules du gaz, en agitation thermique, heurtent la paroi ; l’effet moyen de ces chocs est une force pressante perpendiculaire à la paroi.
2. Le pascal (Pa) : 1 hPa = 100 Pa ; 1 bar = 105 Pa = 1 000 hPa.
3. Pour une quantité de gaz donnée, à température constante, P × V est constant.
4. Pour un fluide incompressible au repos, PB − PA = ρ g (zA − zB) : la pression croît avec la profondeur.

Correction de l’exercice 2 : Vrai ou faux ?

a. Faux : elle est perpendiculaire à la paroi.
b. Vrai : PB − PA = ρ g (zA − zB) = 0 si zA = zB.
c. Faux : 2,0 bar = 2,0 × 105 Pa.
d. Vrai : P × V = constante, donc V divisé par 2 donne P multipliée par 2.
e. Faux : elle diminue avec l’altitude.
f. Vrai : c’est la définition du pascal.

Correction de l’exercice 3 : Deux enceintes

1. Enceinte B : plus de molécules dans le même volume, donc plus de chocs par seconde sur les parois et une force pressante plus grande.
2. nB ÷ nA = 15 ÷ 6 = 2,5.
3. Chauffer augmente la vitesse moyenne des molécules : chocs plus fréquents et plus violents, la pression augmente.

Correction de l’exercice 4 : Conversions de pressions

1. 1,5 bar = 1,5 × 105 Pa ; 980 hPa = 980 × 100 = 9,80 × 104 Pa ; 0,35 bar = 3,5 × 104 Pa.
2. 2,2 × 105 Pa = 2,2 bar ; 1 013 hPa = 1,013 bar ; 4,8 × 104 Pa = 0,48 bar.
3. 1,013 × 105 Pa = 1 013 hPa ; 0,75 bar = 750 hPa.

Correction de l’exercice 5 : Force pressante sur un piston

1. P = 2,0 × 105 Pa ; S = 50 × 10−4 m2 = 5,0 × 10−3 m2.
2. F = P × S = 2,0 × 105 × 5,0 × 10−3 = 1,0 × 103 N.
3. Flèche perpendiculaire au piston, dirigée vers l’extérieur du gaz, de longueur proportionnelle à 1 000 N (par exemple 1 cm pour 500 N : 2 cm).

Correction de l’exercice 6 : La voiture et ses pneus

1. P = m g = 1 200 × 9,81 = 1,18 × 104 N (11 772 N).
2. S = 4 × 150 cm2 = 600 cm2 = 6,00 × 10−2 m2.
3. P = F ÷ S = 11 772 ÷ 6,00 × 10−2 = 1,96 × 105 Pa, soit 1,96 bar.
4. Cette pression (1,96 bar) est très proche de la pression relative de gonflage (2,0 bar) : l’air du pneu supporte le poids du véhicule, l’air intérieur pousse le pneu contre le sol avec une force équivalente.
5. Pabs = Prel + Patm = 2,0 + 1,0 = 3,0 bar (environ 3,0 × 105 Pa).

Correction de l’exercice 7 : La seringue

1. On pousse lentement : les échanges thermiques avec l’air extérieur ont le temps de maintenir la température.
2. P2 = P1V1 ÷ V2 = 1,0 × 105 × 60 ÷ 20 = 3,0 × 105 Pa.
3. F = P2 × S = 3,0 × 105 × 4,0 × 10−4 = 1,2 × 102 N (120 N).

Correction de l’exercice 8 : La bulle d’un plongeur

1. P = Patm + ρgh = 1,013 × 105 + 1,00 × 103 × 9,81 × 20 = 1,013 × 105 + 1,962 × 105 = 2,975 × 105 Pa.
2. V2 = P1V1 ÷ P2 = 2,975 × 105 × 4,0 ÷ 1,013 × 105 = 11,7 cm3, soit près de 3 fois le volume initial.
3. Il faut expirer en remontant : l’air des poumons se dilate et pourrait provoquer une surpression grave.

Correction de l’exercice 9 : Vérifier la loi de Mariotte

1. P × V : 1,00 × 60 = 60 ; 1,20 × 50 = 60 ; 1,50 × 40 = 60 ; 2,00 × 30 = 60 ; 3,00 × 20 = 60, soit 60 × 105 Pa·mL pour chaque mesure.
2. C’est une droite passant par l’origine : P est proportionnelle à 1/V, donc P × V est constant, ce qui confirme la loi de Mariotte.
3. Coefficient directeur : 3,00 × 105 ÷ (5,0 × 10−2 mL−1) = 6,0 × 106 Pa·mL (= 60 × 105 Pa·mL).
4. P = 60 × 105 ÷ 25 = 2,4 × 105 Pa.

Correction de l’exercice 10 : Pression à 5 m

1. ΔP = ρgh = 1,00 × 103 × 9,81 × 5,0 = 4,9 × 104 Pa (49 050 Pa).
2. P = 1,013 × 105 + 0,4905 × 105 = 1,50 × 105 Pa = 1,50 bar.
3. Oui : la pression ne dépend que de l’altitude (profondeur), pas de la position horizontale.

Correction de l’exercice 11 : Pression en plongée

1. À la surface : 1,01 bar ; à 20 m : 2,97 bar.
2. Une droite qui ne passe pas par l’origine : P augmente de façon affine avec la profondeur (P = Patm + ρgz).
3. Coefficient directeur : (2,97 − 1,01) ÷ 20 = 0,098 bar·m−1. ρg = 1,00 × 103 × 9,81 = 9,81 × 103 Pa·m−1 = 0,0981 bar·m−1 : accord parfait.
4. Graphiquement, 2,5 bar correspond à z ≈ 15 m. Calcul : z = (2,5 − 1,013) × 105 ÷ 9,81 × 103 = 15,2 m.

Correction de l’exercice 12 : Manomètre à tube en U

1. Le point de la branche droite situé au même niveau que le mercure dans la branche gauche, dans le même liquide au repos : même pression.
2. Pgaz = Patm + ρHg g h.
3. ρHg g h = 13 600 × 9,81 × 0,152 = 2,03 × 104 Pa ; Pgaz = 1,013 × 105 + 0,203 × 105 = 1,22 × 105 Pa = 1,22 bar.
4. La surpression est de 152 mm de mercure ; comme la pression atmosphérique normale équivaut à environ 760 mm de mercure, la surpression vaut 152 ÷ 760 = 0,20 fois Patm : le gaz est à environ 1,2 atm.

Correction de l’exercice 13 : Quelle profondeur ?

1. z = (4,0 × 105 − 1,013 × 105) ÷ (1,00 × 103 × 9,81) = 2,987 × 105 ÷ 9,81 × 103 = 30 m (30,4 m).
2. z = 2,987 × 105 ÷ (1,03 × 103 × 9,81) = 29,6 m, soit 30 m.
3. L’eau de mer est plus dense : à profondeur égale la pression est plus grande, donc on atteint 4,0 bar un peu moins profond (29,6 m contre 30,4 m).

Correction de l’exercice 14 : Le hublot d’un sous-marin

1. Pext = 1,013 × 105 + 1,00 × 103 × 9,81 × 30 = 1,013 × 105 + 2,943 × 105 = 3,96 × 105 Pa.
2. ΔP = 2,943 × 105 Pa ≈ 2,94 × 105 Pa.
3. F = ΔP × S = 2,943 × 105 × 0,10 = 2,9 × 104 N, soit le poids d’une masse de 2,9 × 104 ÷ 9,81 ≈ 3,0 tonnes.

Correction de l’exercice 15 : La ventouse

1. ΔP = (1,0 − 0,30) × 105 = 0,70 × 105 Pa ; S = 20 × 10−4 = 2,0 × 10−3 m2 ; F = 0,70 × 105 × 2,0 × 10−3 = 1,4 × 102 N.
2. m = F ÷ g = 140 ÷ 9,81 ≈ 14 kg (si le frottement compense exactement la composante tangentielle ; ce n’est qu’un ordre de grandeur théorique).
3. Si l’air rentre, la pression sous la ventouse remonte vers 1,0 bar : la différence de pression disparaît et la force plaquante devient nulle.

Correction de l’exercice 16 : Pression et altitude

1. Niveau de la mer : 1 013 hPa ; à 4 km : 616 hPa.
2. Ce n’est pas une droite : la pente diminue avec l’altitude. La loi ρgh suppose ρ constante ; pour l’air, qui est compressible, la masse volumique diminue avec l’altitude.
3. Entre 4 et 5 km : pente = (540 − 616) ÷ 1 = −76 hPa·km−1 ; P(4,808) = 616 − 76 × 0,808 = 555 hPa.
4. F = P × S = 1,013 × 105 × 0,062 = 6,3 × 103 N (environ 640 kgf). On ne la sent pas car l’air agit aussi sous la feuille : les deux forces se compensent.

Correction de l’exercice 17 : Corriger les erreurs

a. La pression se mesure en pascals (la force en newtons).
b. Un gaz comprimé à température constante voit sa pression augmenter.
c. La pression absolue vaut environ 3,0 bar (2,0 + 1,0).
d. Dans l’eau, la pression augmente quand on descend.
e. 1 cm2 = 10−4 m2.

Correction de l’exercice 18 : Huile et eau dans un tube en U

1. À l’interface huile-eau (niveau commun) : Patm + ρhuile g h1 = Patm + ρeau g h2.
2. h2 = ρhuile h1 ÷ ρeau = 800 × 10 ÷ 1 000 = 8,0 cm.
3. C’est la branche contenant l’huile : 10 cm contre 8,0 cm pour l’eau, l’huile étant moins dense.

Correction de l’exercice 19 : La cloche de plongée

1. P = 1,013 × 105 + 9,81 × 103 × 10 = 1,994 × 105 Pa.
2. V = P1V1 ÷ P2 = 1,013 × 3,0 ÷ 1,994 = 1,52 m3 ≈ 1,5 m3.
3. La hauteur d’air est 3,0 × 1,52 ÷ 3,0 = 1,52 m : environ 1,5 m sont occupés par l’eau.
4. Envoyer de l’air comprimé depuis la surface pour compenser la compression.

Correction de l’exercice 20 : Aspirer l’eau d’un puits

1. L’eau monte parce que la pression atmosphérique pousse sur la surface libre du puits alors que la pression est réduite dans la canalisation (au plus 0 Pa). Au mieux Patm = ρ g h.
2. h = Patm ÷ (ρ g) = 1,013 × 105 ÷ (1,00 × 103 × 9,81) = 10,3 m : au mieux, et en pratique 7 à 8 m avec les pertes. 12 m est trop profond.
3. Placer la pompe au fond du puits (pompe immergée qui refoule) ou dans un trou moins profond.
4. Plus petite : en altitude, Patm est plus faible, donc la hauteur ρ g h = Patm aussi.

Comment progresser après ce corrigé

Reprends les exercices 8, 12 et 19 sans regarder la correction : ils combinent statique et Mariotte. Pour chaque problème, commence par écrire la formule, convertis toutes les grandeurs en unités SI, puis vérifie que l’ordre de grandeur est cohérent : par exemple, la pression augmente d’environ 1 bar tous les 10 m dans l’eau.

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