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Gaz et pression
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Exercices

1/ L'air est un mélange de diazote(4/5) et de dioxygène (1/5).

Comprendre

histoire atmosphèrecomposition de l'air Rappel sur l'état gazeux
Gaz
Etat constitué de particules non-liées bougeant très vite et étant très espacées entre elles.
Composition de l'air

L'air est un mélange de plusieurs gaz. Les molécules présentes dans l'air vont très vite (environ la vitesse du son), sont espacées les unes des autres et se cognent des millions de fois par seconde. Plus la température augmente, plus les molécules vont bouger vite et se cogner souvent entre elles.
Il y a quelques millions d'années de ça, l'air contenait très peu de dioxygène mais du dioxyde de carbone à la place. L'apparition de la végétation a provoqué ce changement grâce à la photosynthèse qui a transformé peu à peu le CO2 en dioxygène O2.L'air contient actuellement:
78,08 % de diazote (N2)
20,95 % de dioxygène (O2)
0,93 % d'Argon (Ar)
0,0399 % de dioxyde de carbone (CO2)
du méthane, de la vapeur d'eau...

1/ Exercices

Comprendre

1/ Respiration dans l’espace 
(4 mn)

Quelle est la composition de l’air dans l’atmosphère ?

78% de N2 et 21% de O2.

Comparer la proportion en N2 et en O2 afin de pouvoir savoir combien de volume de diazote il y a pour 1 volume de dioxygène.

78% / 21%=3,71 Il y a donc environ quatre fois plus de diazote que de dioxygène dans l’air.

A chaque fois que tu inspires, tu fais entrer environ 0,5L d’air dans ton organisme.Au repos, on inspire environ 15 fois par minute.

Quel est le volume de dioxygène introduit à chaque respiration ?

0,5 x 0,21=0,11 L

Sachant qu'on ne consomme qu'un quart de l'oxygène inspiré, quel est le volume d'oxygène consommé à chaque respiration?

0,11L x 1/4 =0,026L = 26mL

Quel est le volume de dioxygène que consommera un astronaute pendant une journée ?

Il y a 60 x 24 = 1440 minutes dans une journée.
15 inspirations/minute x 1440 minutes/jour = 21600 inspirations/jour
21600 inspi/jour x 0,026 L/inspi = 567 L/jour

1/ Détermination de la composition de l'airVidéo ou Lien externe 
(12 mn)

Voir la vidéo pour répondre aux questions

Quels sont les deux composants majoritaires de l'air?

Le diazote N2 (78%) et le dioxygène O2 (21%).

Comment mettre en évidence l'oxygène?

Grâce à sa propriété à oxyder les autres éléments(ici la paille de fer)

1/ Gaz a Effet de SerreAnimation
(4 mn)

Appliquer

1/ Bouteille de plongée 
(5 mn)

On remplit une bouteille de plongée de 20litres sous une pression de 200 bars (200 fois la pression atmosphérique).

Si la bouteille était vide au départ, quel est le volume total d’air qui a été pompé dans la bouteille ?

20 x 200 = 4000Litres

Sur tout cet air, quel est le volume en diazote(N2) ? En dioxygène(O2) ?

Diazote :0,78 x 4000L=3120 L Dioxygène : 0,21 x 4000L=840L

1L d’air dans l’atmosphère pèse 1,2g dans les Conditions Normales de Températures et de Pression (CNPT =20°C, 101 300Pa).

Quelle est la masse de l’air dans la bouteille ?

4000 x 1,2=4800g=4,8kg

La pression totale est la somme des pressions des différents constituants d’un mélange .

Quelle est la pression en diazote(N2) dans la bouteille? En dioxygène(O2) ?

Diazote :0,78 x 200=156bar
Dioxygène 0,21 x 200=42bar

1/ Un petit verre d'Air liquide?
(4 mn)

La température de vaporisation est la température à laquelle un liquide va devenir gazeux ou l'inverse.
Tvap diazote= -196°C
Tvap dioxygène= -182°C
On prend 1L d'air et on descend sa température de plus en plus bas.

A quelle température va-t-on commencer à voir un liquide apparaître?

A -182°C, le dioxygène va commencer à se liquéfier.

On arrête de descendre en température à -190°C, on retire le liquide et on récupère le gaz restant.

Quel est le gaz restant?

Le diazote (N2).

Quel volume aura-t-il une fois revenu à température ambiante?

L'air ambiant est constitué de 78% de diazote donc on récupera 78cl d'azote, soit 4/5 de la bouteille.

2/ Le dioxygène est nécessaire à la vie des animaux et des plantes.

Comprendre

caractéristique dioxygènedioxygène muscle dioxyde de carboneRespiration et dioxygèneGaz dans les alvéoles pulmonaires
Dioxygène et respiration

Le dioxygène est un gaz très oxydant produit par photosynthèse par les plantes.Il est utile à la respiration des animaux et des plantes.
Le dioxygène a la particularité de pouvoir oxyder(voler des des électrons) de nombreuses molécules en fournissant de l’énergie.
En respirant, nous fournissant de l’oxygène à nos organes qui le combinent avec du glucose pour produire de l’énergie nécessaire à leur fonctionnement. Cette réaction est similaire à une combustion(quand quelque chose brûle) sauf qu'elle se passe à une beaucoup plus petite échelle.

Ces réactions vont consommer du dioxygène (O2) et des molécules contenant du carbone (C) et produire du dioxyde de carbone (CO2).

Appliquer

Le glucose a pour formule C6H12O6. La réaction qui se produit dans un muscle peut donc s'écrire C6H12O6 + 6O2 -> 6 CO2 + 6 H2O

2/ Exercices

Comprendre

2/ Respiration des plantes 
(3 mn)

De jour comme de nuit, les plantes, elles aussi, respirent ! Elles absorbent du dioxygène et rejettent du dioxyde de carbone.
• Mais le jour, grâce à l'énergie lumineuse, elles absorbent du dioxyde de carbone, construisent ainsi de la matière végétale, et rejettent du dioxygène. On appelle ce phénomène la photosynthèse. La présence de la chlorophylle est indispensable dans la photosynthèse. La croissance d'une plante nécessite obligatoirement du dioxyde de carbone, de l'eau et de la lumière.
• La nuit, seul le phénomène de respiration intervient et les plantes rejettent du dioxyde de carbone.
C'est pour cette raison que l'on déconseille de dormir dans une pièce contenant beaucoup de plantes vertes. La composition de l'air de la pièce est modifiée : il est enrichi en dioxyde de carbone et appauvri en dioxygène.

Quels sont les deux phénomènes impliquant des échanges gazeux dans la vie des plantes ?

La respiration et la photosynthèse.

Détailler pour chacun des phénomènes les réactifs et les produits de cette réaction.

La respiration est semblable à celle des animaux, elle consomme du dioxygène(O2) et rejette du dioxyde de carbone (CO2).
La photosynthèse fait l’inverse.

Reproduit et complète le schéma ci-contre grâce aux deux gaz qui entrent en jeu dans la respiration et la photosynthèserespiration photosynthèse gaz

La respiration consomme du O2 et produit du CO2 .

Sur la planète, il existe de nombreuses plantes et beaucoup d’animaux.

Pourquoi constatait-on avant la révolution industrielle que la concentration en dioxygène et en dioxyde de carbone était constante ?

Car un équilibre était créé entre la production de CO2 par la respiration des animaux et des plantes et l’absorption de CO2 par les plantes. Les activités de l'Homme utilisent dorénavant beaucoup de combustion qui rejettent de grandes quantités de CO2 dans l'atmosphère, l'équilibre est aujourd'hui rompu

Appliquer

2/ Air et respiration 
(7 mn)

Air inspiré : 78 % diazote, 21 % dioxygène, 0,01 % dioxyde de carbone.
Air expiré : 78 % diazote, 15% dioxygène, 5,5 % dioxyde de carbone.
Le diazote est composé de deux atomes d’azote(N2),le dioxygène de deux atomes d’oxygènes(O2) et le dioxyde de carbone d’un atome de carbone et de deux atomes d’oxygène (CO2).

Comment varie la concentration en diazote après être passé dans nos poumons ?En dioxygène ?En dioxyde de carbone ?

La concentration en N2 reste constante, celle du O2 diminue (-5,5% de l’air total) et celle en CO2 augmente (+5,5% de l’air total).

Quels est le gaz que nous consommons ? Celui qui nous rejettons ?Celui qui ne nous sert à rien ?

Nous consommons du O2 et rejettons du CO2. Le diazote présent dans l’air ne réagit pas avec nos cellules.

Les nutriments que nous consommons sont surtout constitués de carbone et les cellules les utilisent avec le dioxygène pour produire de l’énergie. Sans cette énergie, les cellules meurent rapidement.

D’après la question précédente, quels sont les réactifs et les produits pour la réaction nécessaire à la survie d’une cellule ? Donne l’équation de cette réaction.

Nutriments + dioxygène = dioxyde de carbone (+ énergie) :C+O2= CO2

Explique d’où vient l’expression "brûler des calories".

La réaction précédente est similaire à une réaction de combustion, c’est une oxydation du carbone.

3/ La pression représente l'énergie donnée par les molécules d'un fluide (liquide ou gaz) lors des collisions contre un objet.

Comprendre

Force pression choc moléculesVideo:Et j'entends siffler le train...
Chocs des molécules

Cette énergie est comparable à l'énergie cinétique(l'énergie du mouvement) d'un objet quand il cogne contre quelque chose d'autre. Une molécule en elle-même donne très peu d'énergie mais étant donné l'immense nombre de molécules, cela peut représenter des énergies suffisantes pour faire fonctionner une locomotive ou actionner un tracto-pelle.

Le vent

La pression va faire bouger un objet quand les molécules choquent davantage d'un de ses côtés que de l'autre donc quand la pression est plus forte d'un côté que de l'autre. Les molécules seront poussées des zones de hautes pressions(où les chocs sont nombreux) vers les zones de basses pressions (où les chocs sont plus rares), ce qui provoque le vent.
Quand le Soleil, chauffe une zone, la pression augmente à cet endroit(on parle d'anti-cyclone) et l'air aura tendance à bouger vers une zone de plus faible pression (dépression).

Analyse

Rotation
Force de Coriolis

Vu que la Terre tourne sur elle-même, il apparaît une force lorsque l'on change d'altitude: la force de Coriolis. C'est ce qui fait que les vents décrivent des spirales lorsqu'ils montent ou descendent.C'est cette même force qui fait tourbillonner l'eau quand tu tires la chasse.

3/ Exercices

Comprendre

3/ Seringue sous pressionAnimation 
(10 mn)
3/ La machine à vapeurVidéo ou Lien externe 
(5 mn)

Qu'est ce qui pousse sur le piston de la machine à vapeur pour faire avancer la locomotive?

Ce sont les molécules d'eau sous forme de vapeur qui vont transmettre leur énergie au piston.Elles en transmettront chacune très peu mais elles sont très nombreuses.

3/ Fontaine de HéronImageMatériel et protocole
(3 mn)
schema fontaine heron
Fontaine de Héron

Les plongeurs ne peuvent pas descendre au-delà d’une certaine profondeur, la pression y est si forte qu’elle les écraserait. On utilise pour visiter les abysses des sous-marins très solides pour pouvoir résister à la pression. La fontaine de Heron permet de voir la pression s'exerçant sur deux fluides: l'eau et l'air.

Met des flèches indiquant la transmission de la pression dans les tuyaux de la fontaine.

l'air du récipient A voit sa pression augmenter quand le niveau de l'eau augmente, il transmet cette pression à l'eau du récipient B qui voit sa pression augmenter quand le niveau de l'eau augmente, ce qui lui permet de jaillir en fontaine.

Justifier qu’on puisse assimiler la pression à une force.

La pression peut faire bouger les objets et les fluides, on peut donc la considérer comme une force.

Appliquer

3/ Trous d'air
(2 mn)

Compléter avec les mots hautes et basses.

La pression va entraîner les molécules d'air des .......... pressions vers les ....... pressions.

hautes .......... basses

Le mauvais temps peut arriver suite à de .............pressions car les vents y viennent, apportant les nuages.Les anticyclones, caractérisés par des ........ pressions sont souvent synonyme de beau temps car les vents partent de ces zones.

basses...........hautes

4/ La pression atmosphérique est de 101 300 Pascal soit 1bar

Comprendre

baromètre toricelli force pression tubestructure verticale de l’atmosphère
Pression de l'air

Nous subissons au quotidien une certaine pression due à l'atmosphère, on l'appelle pression atmosphérique. Elle est en moyenne de 101 300 Pascals(au niveau de la mer).La pression atmosphérique est due à la pesanteur. Toutes les molécules d'air sont attirées vers le bas (comme tout ce qui a une masse). Les molécules du haut appuient sur celles en dessous qui elles-mêmes appuient en dessous…
On peut constater l'action de la pression atmosphérique …quand on peut la comparer à un objet qui n’y est pas soumis…(ventouse, vide dans une seringue...).

Pression et altitude

La pression atmosphérique varie légèrement en fonction du climat et de la température mais la plus grande variation s'observe avec l'altitude. La plupart des altimètres (appareils qui servent à donner l'altitude) se basent sur la pression de l'air pour donner l'altitude.
La quantité de dioxygène disponible pour le fonctionnement de l’organisme diminue proportionnellement à la pression.

Les habitants des régions élevées ont un organisme adapté : le nombre de globules rouges augmente rapidement pour mieux transporter le dioxygène. Cela explique le fait que les sportifs suivent des stages en altitude avant les compétitions : en effet, ils produisent alors une concentration de globules rouges plus élevée qu’à l’ordinaire ce qui améliore leurs performances quand ils redescendent.

Unités de pression

La pression s'exprime en Pascals en reconnaissance des travaux de Blaise Pascal qui fut un philosophe, mathématicien et physicien ayant travaillé sur la pression. On utilise aussi les millimètre de mercure (du aux travaux de Torricelli), mmHg et les bars ainsi que les atmosphères (1 bar = 1 atm = 101 300 Pa)

4/ Exercices

Comprendre

4/ Le verre retournéMatériel et protocole 
(5 mn)
Verre plein d’eau
Feuille de papier recouvrant toute la surface du verre

Se placer au dessus d'un évier, placer le papier sur le verre et retourner le tout en tenant le papier en place. Une fois le verre retourné, on peut lâcher le papier qui tient tout seul et l'eau dans le verre ne tombe pas.

Faire un schéma de l'expérience et représenter les forces exercées sur le papier.

La force de pesanteur va entraîner l'eau et le papier vers le bas tandis que la pression atmosphérique va pousser le papier vers le haut.

Etant donné que l'eau ne tombe pas, laquelle des actions mécaniques est la plus importante?

C'est la pression atmosphérique car sinon le papier et l'eau tomberaient.

4/ La pression en bout de seringueMatériel et protocole 
(7 mn)
Une seringue
Un becher d'eau
Un manomètre

La pression est due à l'énergie que donnent les molécules quand elles choquent contre quelque chose. Il y a autour de nous de l’air qui a une pression d’environ 101 300 Pascals. On peut augmenter la pression dans la seringue en la bouchant et en réduisant le volume à l'intérieur.
Compléter avec les mots augmenter ou diminuer.On pourra s'aider du manomètre pour faire l'expérience.

Si le volume d’une certaine quantité de matière diminue, la pression ____________________

augmente

Si le volume d’une certaine quantité de matière augmente, la pression ___________________

diminue

Enlève le manomètre et place le piston au milieu de sa course. Mets un doigt sur l’ouverture de la seringue de sorte à empêcher l'air de sortir et rentrer.

Tire le piston au maximum sans le faire sortir. Que constates-tu au vu de l'aspect de ton doigt?

La seringue a aspiré la peau vers l'intérieur.

Que se passe –t-il si on lâche le piston sans enlever le doigt ?

Le piston de la seringue revient à sa position initiale.

La pression peut-elle faire bouger les objets ?

Elle a fait bouger la peau du doigt et le pistion de la seringue donc oui.

Les gaz vont-ils se déplacer des plus hautes vers les plus basses pressions ou le contraire ?

Quand on pousse le piston, la pression monte et l'air va avoir tendance à sortir donc les gaz vont des hautes aux basses pressions.

Que se passe-t-il si on remplace l’air dans la seringue par de l’eau et que l’on refait les mêmes expériences?

Les molécules d'eau sont déjà au contact, ce qui n'est pas le cas de molécules de gaz qui sont très espacées. Les gaz sont donc compressibles et expansibles tandis que les liquide ne sont pas compressibles

4/ Température du cielImage 
(7 mn)
composition atmosphère

L'exosphére est la partie la plus haute et la moins dense de l'atmosphère. Juste en dessous se trouve la thermosphère où les rayons solaires rencontrent des molécules d'air qui commencent à être de plus en plus nombreuses. Ces molécules absorbent les rayonnements UV de plus courtes longueur d'onde(100 à 280nm), les UV-c.
La couche d'ozone est une zone riche en molécules d'ozone d'environ 25km de hauteur. Ces molécules (O3) sont formées quand le dioxygène absorbe les UV-b (315-280nm).
La troposphère est la partie la plus basse de l'atmosphère qui concentre 80% de la masse de l'atmosphère et là où se trouvent les nuages et la vie. Sa partie basse est réchauffée par les rayons infrarouges renvoyés par le sol après qu'il ait absorbé la lumière arrivant sur Terre.
Les molécules au niveau du sol sont compressées par le poids des molécules se trouvant au dessus.

Comment varie la pression quand on descend dans l'atmosphère?Justifier.

Elle augmente car la pression augmente à mesure que les molécules d'air sont écrasées par plus de molécules d'air au-dessus d'elle.

Quelles sont les trois zones qui absorbent une partie du rayonnement lumineux?

La thermosphère,la couche d'ozone et le sol (en contact avec la troposphère).

Quelles sont les températures maximales dans ces 3 zones?

Respectivement: + de 50°C,-10°C et 20°C.

Conclure sur le lien entre absorption de l'énergie lumineuse et température.

Les zones de l'atmosphère qui absorbent des rayonnements lumineux sont plus chaudes que les autres. L'énergie lumineuse absorbée est donc transformée en chaleur.

Appliquer

4/ Pression dans un pistonAnimation 
(15 mn)
4/ Le gant qui voulait se faire aussi gros que le bœufMatériel et protocoleVidéo ou Lien externe 
(5 mn)
Un gant fermé de sorte à garder l’air qu’il contient.
Une cloche à vide et sa pompe
(manomètre sous la cloche à vide pour voir la variation de la pression.)

Enlever l’air sous la cloche à vide contenant le gant et observer ce qu’il se passe.

L’air dans la cloche est-elle à la pression atmosphérique avant qu’on fasse le vide ? Et après ?

Au début, il est soumis à la pression atmosphérique car elle est présente tout autour de nous, y compris sous la cloche à vide. La pompe à vide enlève les molécules d’air de sous la pompe et diminue donc la pression (moins de molécules, c’est moins de chocs contre les parois de la cloche et le gant).

Quelle est la pression à l’intérieur du gant au début de l'expérience?

L’intérieur du gant contient de l’air à la pression atmosphérique.

Pourquoi le gant gonfle-t-il ?

A mesure que la pression diminue, la pression autour du gant diminue donc la force exercée sur le gant diminue proportionnellement. Les molécules d'air à l'intérieur du gant vont continuer à pousser sur la paroi du gant avec la même force. La force à l'intérieur surpasse donc la force à l'extérieur et le gant gonfle.

Pourquoi faut-il souffler lors de la remontée en plongée?

On sait que la pression augmente avec la profondeur, due au poids de la hauteur d’eau présente au-dessus des plongeurs. Le gant représente les poumons du plongeur qui remonte, il contient peu d’air et est fermé comme si le plongeur retenait sa respiration. La pompe à vide va faire diminuer la pression, ce qui se passera lors de la remontée.

Pourquoi les plongeurs doivent-ils souffler lors de la remontée ?

Parce que l'air contenu dans les poumons des plongeurs prend de plus en plus de volume et qu'il faut donc en expulser une partie sous peine de les voir être déchirés par la pression.

5/ La pression est une grandeur qui se mesure avec un manomètre.

Comprendre

Sens du vent anticyclone depression
Appareils de mesure

Les baromètres sont des appareils qui servent à prédire le temps qu'il fera grâce à la pression atmosphérique(les vents vont partir des zones de hautes pressions et emporter les nuages). Les avions se servent des manomètres pour déterminer leur altitude car plus on monte, moins la pression est importante. On parle également parfois de pressiomètre. Tous ces appareils sont semblables car ils servent à mesurer la pression.

5/ Exercices

Comprendre

5/ Football : 2eme loi du jeu 
(4 mn)

Il existe 17 lois du jeu au football, la deuxième, formulée en 1937, impose le choix du ballon. Ce dernier doit être sphérique, avoir une circonférence de 68 à 70cm et doit peser entre 410 et 450g. Il est gonflé à une pression comprise entre 162 000 et 212 730Pa.
Un ballon mal gonflé rebondira moins, réagira mollement pendant les tirs :l’enveloppe du ballon va absorber l’énergie lors des chocs contre le pied, la tête et le sol. Lorsqu’on le gonfle, son volume ne change quasiment pas mais la pression et la masse d’air dans le ballon augmente. L’air pousse sur les parois du cuir et fais devenir le ballon plus dur mais légèrement élastique, il va restituer l’énergie qu’on lui transmet.

Que doit posséder l’arbitre pour vérifier la pression du ballon ? Quelle est la valeur qu'il devra trouver, en bar (1 bar = 100 000 Pa)?

Il doit posséder un manomètre (ou pressiomètre) et mesurera une pression entre 1,6(=162 000/101300) et 2,1(=212 730/101300) bar

Explique pourquoi un ballon qu’on aura vidé de son air sera tout plat alors qu’un ballon gonflé aura une forme sphérique. Complète ton explication d’un ou deux schémas.

Un ballon vide n'aura pas de molécules d'air à l'intérieur pour taper contre les parois internes et lui donner sa forme. Il sera écrasé par la pression atmosphérique et sera donc tout plat

Appliquer

5/ La Pression artérielle Image 
(6 mn)
mesure pression arterielle

Les millimètres de mercure (mmHg) sont une unité historique de mesure de pression, encore utilisée aujourd’hui en médecine. 1mmHg =133 Pa
La pression artérielle (très communément appelée tension) est la mesure de la pression qu’exerce le sang contre les parois de vos vaisseaux sanguins appelés « artères ». Le nombre supérieur représente la pression la plus haute, exercée lorsque le cœur se contracte et expulse le sang (systolique) et le nombre inférieur est la pression la plus basse, au moment où le cœur se détend entre deux battements (diastolique).
Selon les normes les plus récentes, la pression artérielle normale est de 120-129/80-84 mmHg.
Une pression sanguine élevée double le risque d’un accident cardiaque et quadruple celui d’un AVC (hémorragies cérébrales), sans compter qu’elle cause l’usure prématurée de certains organes comme les yeux et les reins (l’hypertension est la première cause d’insuffisance rénale). L’hypertension est liée au mode de vie (alimentation, inactivité physique, surpoids, tabac, abus d’alcool) et, en partie, à l’hérédité.

Quelle est la pression systolique moyenne d'un individu en bonne santé?

125mmHg = 125 x 133 = 16 630 Pa

Quelle est la pression diastolique moyenne d'un individu en bonne santé?

82mmHg = 82 x 133= 10 900 Pa

La pression dans le sang est-elle toujours la même?

Non,la pression systolique est plus importante que la pression diastolique. Donc au rythme des battements du coeur, on va avoir une montée et une descente régulière de la pression du sang.

A quel moment faut-il relever la pression sanguine maximale?

On dégonfle le brassard et lorsqu'on entend un bruit, on relève la pression systolique.

Le sang passe quand sa pression est supérieure à celle du brassard. Passe-t-il en permanence pendant l'étape 3? Justifie.

Non, le sang passe quand la pression sanguine est supérieure à celle du brassard, c'est à dire lors de la systole. Par contre, il ne passe pas lors de la diastole car la pression est trop basse à ce moment là.

A quel moment faut-il relever la pression sanguine minimale?

Quand on entend plus de bruit, car cela signifie que même la pression minimale est supérieure à la pression du brassard et que le sang peut passer normalement.

5/ Didapages, et la pression fut...Animation
(12 mn)
5/ Evaluation 1
(7 mn)

6/ La pression est une force par unité de surface. On peut la calculer par la relation P=F/S où F est la force perpendiculaire à la surface S.

Comprendre

carte mentale pression force et surface pression particules énergie chocVidéo:Définition pressionRappel:ForceMettre en évidence la force de pression
Force et pression

La force s'exprime en Newton et la surface en m².La pression peut appliquer une force très puissante, la pression atmosphérique applique déjà une force correspondant à 10N(comme si un kg nous appuyait dessus) sur chaque centimètre-carré de notre peau.Plus la surface sera petite, plus la force sera grande pour la même pression.

Si on augmente la surface de la paroi au contact des molécules, il y aura davantage de molécules qui choqueront contre la paroi, donc la pression sera plus forte.

Cette pression peut servir à actionner des fontaines, des chars ,des appareils à planter des clous, etc.

6/ Exercices

Comprendre

6/ Défenestration et pression 
(3 mn)

Donner l'expression de la valeur de la force pressante exercée par un gaz à la pression P sur une surface d'aire S. Préciser les unités SI.

P= F/S donc F = P . S où la force est en Newton, la pression en Pascal et la surface en m²

Calculer la valeur de la force pressante exercée par l'air sur une face d'une fenêtre d'aire S=2,0m² lorsque la pression atmosphérique vaut P=1000hPa.

F = P x S = 100 000 x 2 = 200 000 N

Pourquoi la fenêtre ne se brise pas sous cette force.

La même force est exercée de l'autre côté de la fenêtre et équilibre.

Appliquer

6/ Comment connaître la pression dans une seringue?ImageMatériel et protocole 
(50 mn)
Force pression seringue
Une seringue
Un manomètre équipé d’un tuyau reliable à la seringue
Une potence équipée de deux pinces
Un fil
Une masse de 200g

Comment créer une pression stable dans une seringue?

Pour activer une fontaine ou faire fonctionner un tractopelle, on a besoin d’une pression constante. Mais comment la créer ?
Une force est une action qui va tendre à faire bouger des objets. On les représente par convention par des flèches qui partent de l’endroit où elles s’appliquent et qui ont une longueur proportionnelle à la valeur de la force.
Les deux forces qui s’exercent sur le piston de la seringue au repos sont la force donnée par la pression atmosphérique(FPatm) et la force donnée par la pression à l’intérieur de la seringue(FPser).
Quand un objet ne bouge pas, cela signifie que les forces qui s’exercent sur lui se compensent (elles le tirent autant d’un côté que de l’autre), elles on nécessairement la même valeur.
Aide :

Comment faire en sorte que la masse exerce une force sur le piston de la seringue?

Il suffit d’accrocher la masse au piston de la seringue et de laisser la masse descendre.

Comment faire pour que le piston de la seringue retienne la masse ?

Il faut qu’une différence de pression se crée entre l’intérieur et l’extérieur de la seringue. On bouchera donc la seringue afin d'empêcher que son contenu soit toujours à la pression atmosphérique

Comment calculer la pression dans la seringue ?

La force qui nous attire vers le sol (le poids, en Newton) se calcule en multipliant la masse (en kg) par l’intensité de la pesanteur(en N/kg). Poids=m.g (g = intensité de la pesanteur= 9,81 N/kg)
La surface S dans la formule P=F/S est la surface sur laquelle s’applique la force F.
Aide : Faire un bilan des forces qui s’exercent sur le piston de la seringue. L’hypothèse sera la formule qui liera la pression dans la seringue aux autres données.
L’expérience permettra de confirmer la validité de cette formule.

Comment connaître la force exercée par le piston de la seringue sur la masse par l’intermédiaire du fil ?

On peut calculer cette force (le poids) grâce à la relation Poids = m.g

Comment calculer la pression en fonction de la surface et de la force qu’on exerce ?

On utilise la formule P=F/S => F=P.S

Comment connaître la surface du piston de la seringue ?

La surface sur laquelle s'exerce la pression a la forme d'un disque.On peut mesurer son diamètre(2R) ou son périmètre (2pi.R) et en déduire sa surface/son aire (2piR²)

Quelle nous donne bilan des forces ?

Dans le cas où la masse tire le piston vers le bas, on a
Poids + FPser = FPatm
masse.g + Pser.Spiston = Patm.Spiston

Comment calculer la pression dans la seringue ?

Pser = Patm.Spiston-masse.gS

Comment prouver que cette formule est juste ?

En la comparant à la valeur que nous donne l'expérience

6/ Fakirisme 
(3 mn)

La force de pesanteur qui s'exerce sur un fakir change-t-elle selon le nombre de pointes du tapis à clous où il est est assis?

Non, la pesanteur dépend seulement de la masse du fakir et de l'intensité de la pesanteur.

Rappeler la formule liant la force, la surface et la pression.

P=F/S

Comment évolue la pression si la surface augmente et que la force reste constante?

Plus la surface d'application de la force augmente, plus la pression diminuera

La pression détermine si les clous peuvent ou non percer la peau. Plus la pression appliquée sur la peau sera forte, plus elle aura de chance de percer la peau.

Pourquoi le fakir peut-il s’asseoir sur un tapis de pointes sans douleur, alors qu’il lui est parfaitement impossible de le faire sur une seule pointe ?

Sur de nombreuses pointes, la surface cumulée des clous est bien plus importante, la pression sera donc bien moins importante que sur une seule pointe. Etre assis sur une seule pointe augmente donc le risque que le clou perce la peau.

6/ Ballon de foot 
(3 mn)

La pression de l’air contenu dans un ballon de football est P = 1,8 x 105 Pa.

Quelle est la valeur de la force pressante exercée par l’air sur une petite surface d’aire S = 9,0 cm² à l'intérieur de son enveloppe ?

Attention , pour appliquer la formule P=F/S, il faut utiliser les unités SI comme le mètre carré. F = P . S = 1,8 x 105Pa . 0,0009 = 162N

6/ Les hémisphères de MagdebourgImage 
(8 mn)
hémisphères Magdebourg

Deux hémisphères creux d'un peu plus de cinquante centimètres de diamètre furent assemblés pour former une sphère ; un des hémisphères était muni d'un tube fermé par une valve. Le tube était relié à une pompe à vide inventée par Otto von Guericke. La différence de pression entre l'extérieur et l'intérieur des hémisphères les maintenait ensemble fermement.
Cette expérience a permis de démontrer l'action de la pression atmosphérique. En effet, la sphère formée par les hémisphères de Magdebourg étant vide, il n'y a aucune pression à l'intérieur alors que la pression atmosphérique appliquée sur la surface de cette sphère maintient les deux hémisphères bien appliqués l'un contre l'autre, d'où la difficulté pour les séparer. En effet, la force nécessaire pour séparer les deux hémisphères est de 25 000 Newtons, soit un poids équivalent de deux tonnes et demi.
Le 6 mai 1654, dans un premier essai devant l'empereur Ferdinand III à Ratisbonne, deux attelages de 15 chevaux n'ont pu séparer les hémisphères tant que le vide a été maintenu.

Pourquoi les deux hémisphères restent-ils collés? Illustre ta réponse par un schéma.

Il n’y a pas d’air à l’intérieur de la sphère, les molécules n’exercent donc aucune pression (aucune force) pour séparer les hémisphères. Par contre autour de la sphère, il y a la pression atmosphérique appuyant sur les hémisphères qui tend à les coller. pression exterieure sphère

En considérant qu’un vide total a été créé dans la sphère et que celles-ci sont équivalentes à des disques de 0,5m de diamètre, calcule la force qui s’exerce sur eux grâce à la pression atmosphérique.

Surface du disque= pi.R²=0,79m²
F= P.S =101300Pa x 0,79m²= 80 000N

Sachant que le vide n’était pas total dans la sphère de Magdebourg et que la force n’était que de 25 000N, calcule la pression qui restait dans les sphères.

La force de 25 000N correspond à la différence de pression entre l’intérieur et l’extérieur de la sphère ce qui correspond à une différence de pression de P=F/S= 25 000/0,79= 32 000Pa qu'on appellera dP
Pinterne=Patm - dP= 101 300 - 32 000 = 69 300Pa

Analyse

6/ La pression correspond-elle seulement à une force ? 
(10 mn)

Une personne de masse constante va toujours exercer la même force sur le sol (par ses pieds si elle est debout). Cette force qui l’attire vers le sol s’appelle le poids. Par contre elle ne laissera pas les mêmes traces au sol selon la surface de ses chaussures.
Une personne chaussant des raquettes laissera dans la neige des traces beaucoup moins profondes que des chaussures normales et à plus forte raison que des talons aiguilles.Même si la force exercée sur le sol ne dépend que de la masse de la personne, la pression exercée par le talon aiguille est beaucoup plus forte que celle de la raquette car elle est plus localisée.

La profondeur de la trace dans la neige est proportionnelle à la pression. Si on les considère comme analogue, on pourra facilement répondre aux questions suivantes.

A part la force, quel est le facteur qui influe sur la valeur de la pression ?

C’est la surface (ici la surface d'appui de la chaussure).

Comment évolue la valeur de la pression sous les chaussures quand la masse de la personne augmente ?

Si la masse augmente, la force et la pression augmentent de même. Force et pression sont proportionnelles.

Comment évolue la valeur de la pression quand la surface augmente ?

Quand la surface augmente, la pression diminue.

Déduis-en la formule la plus appropriée parmi celles proposées. Justifie ta réponse. P=F/S P=F/V P=F.S P=S/F où P est la pression, F est la force, S la surface, et V le volume.

P=F/S car quand on augmente la force, la pression augmente aussi. Et quand on augmente la surface pour une même force, la pression diminue.

Une aile d’avion va toujours avoir un profil d'une forme spéciale car c’est la forme optimum pour voler. En effet lorsque l’avion prend de la vitesse, il passe au travers de l’air sur la piste. L’air déplacé par l’aile qui avance n’a pas d’autre choix que de passer au dessus ou en dessous de l’aile. Il parcourra plus de chemin si il passe par au dessus de l’aile. La même quantité d’air va donc être répartie sur une surface plus petite sous l’aile que sur l’aile, il y aura donc une sous-pression au dessus de l’aile qui va pousser beaucoup moins fort que la surpression qui se trouve en dessous. Cette force va pousser l’aile vers le haut et l’avion avec.

Grâce à la formule de la pression, expliquez pourquoi le même nombre de molécules d’air frappant des surfaces de tailles différentes ne donne pas la même valeur de pression.

P=F/S donc plus S sera grand, plus P sera petit. Plus la surface est grande, plus la pression sera faible.

Expliquez comment un avion vole.

Quand l’avion avance, le vent qu’il rencontre crée une pression plus importante sous l’aile que dessus, l’avion est donc aspiré/poussé vers le haut par cette différence de pression.effet venturi aile

6/ Elle est pas stable ma pression?Matériel et protocole 
(60 mn)
Potence + noeud + pince
Fil de 20 cm
masse de 200g
manomètre + tuyau
seringue

Une force est une action qui va tendre à faire bouger des objets. On les représente par convention par des flèches qui partent de l’endroit où elles s’appliquent et qui ont une longueur proportionnelle à la valeur de la force. La pression va pouvoir engendrer une force, on utilise cette propriété dans les vérins, pour projeter l'eau des fontaines...
Quand un objet ne bouge pas, cela signifie que les forces qui s’exercent sur lui se compensent (elles le tirent autant d’un côté que de l’autre).

Comment créer une pression stable dans une seringue ?(autre que la pression atmosphérique)

Les deux forces qui s’exercent sur le piston de la seringue sont la force donnée par la pression atmosphérique(FPatm) et la force donnée par la pression à l’intérieur de la seringue(FPser). Pour créer une pression constante, on peut attacher une masse au piston de la seringue, ce qui engendrera une pression à l'intérieur du corps de la seringue.

Aide

Comment faire en sorte que la masse exerce une force sur le piston de la seringue?

Il suffit d’accrocher la masse au piston de la seringue et de laisser la masse descendre.

Comment faire pour que le piston de la seringue retienne la masse ?

Il faut qu’une différence de pression se crée entre l’intérieur et l’extérieur de la seringue. On bouchera donc la seringue afin d'empêcher que son contenu soit toujours à la pression atmosphérique

La force qui nous attire vers le sol (le poids, en Newton) se calcule en multipliant la masse (en kg) par l’intensité de la pesanteur(en N/kg). Poids=m.g (g = intensité de la pesanteur= 9,81 N/kg). On peut calculer la force qu'exerce une certaine pression grâce à la formule P=F/S ou P est la pression (en Pa), F est la force (en N) et S est la surface(en m²) sur laquelle s’applique la force.

Comment calculer la pression dans la seringue grâce à la masse?

Aide

Fais un bilan des forces qui s’exercent sur le piston de la seringue.

Si la seringue est orientée vers le haut et la masse est accroché au piston de la seringue: FPatm = FP seringue + Fmasse

Comment connaître la force exercée par la masse sur le piston par l’intermédiaire du fil ?

On peut calculer cette force (le poids) grâce à la relation Fmasse = Poids = m.g

Comment connaître la surface du piston de la seringue ?

On peut mesurer son diamètre(2R) ou son périmètre (2p.R) et en déduire sa surface/son aire (2pR²)

Comment calculer la pression dans la seringue en fonction de la surface du piston et de la masse qu’on y a suspendu ?

On utilise la formule P=F/S => F=P.S FPatm = FP seringue + Fmasse
Patm.Spiston = Pseringue . Spiston + Poids


Donc Pseringue = ( Patm.Spiston - Poids) / Spiston
Donc Pseringue = ( Patm.Spiston - m.g) / Spiston

Comment vérifier que la pression est bien celle que l’on attendait ?

On peut placer un manomètre sur l’embout de la seringue.

6/ Surface interne!Image 
(14 mn)

A l'aide de la formule de la formule et de deux mesures de pression et de force (plus il y en a, plus le résultat sera précis), trouve le rayon du piston de la seringue.

La pression équivaut à une force divisée par une surface. P= F/S donc S = F/P .
Le résultat sera exprimé en m². Pour connaître le rayon(R) de la seringue, on peut se dire que S = pi x R² et en déduire que R = racine(S/pi)

6/ Pression dans une enceinteAnimation
(25 mn)

7/ La pression dans un liquide au repos augmente avec la profondeur.

Comprendre

pression profondeur pression sous l'eauPression et fluide
Pression et profondeur

La pression atmosphérique s'applique sur tous nos objets du quotidien et même sur les mers. L'eau en surface est donc à la pression atmosphérique mais les gouttes d'eau en profondeur ont à supporter le poids de toutes celles qui sont au dessus! La pression augmente donc à mesure qu'on descend. L'eau étant beaucoup plus dense que l'air, la pression va augmenter beaucoup plus vite: 1 bar tous les 10 mètres de profondeurs.

7/ Exercices

Appliquer

7/ Profonde pressionMatériel et protocole 
(12 mn)
Un manomètre avec un tuyau
Une éprouvette
Une règle

De nombreux plongeurs expérimentés subissent à une certaine profondeur l’ivresse des profondeurs. Mais la plupart des accidents sont dus à des négligences ou une mauvaise compréhension des règles de sécurité. La panique qui suit un événement inattendu fait parfois faire ce que tout bon plongeur ne fera jamais : remonter précipitamment. En effet la remontée précipitée (sans respecter les paliers) peut provoquer l’apparition de bulles de gaz dans le sang qui peuvent être fatales. Mais la pression change-t-elle vraiment en fonction de la profondeur ?

Releve la pression à cinq profondeurs différentes et organise les résultat dans un tableau.

Trace la courbe de la pression en fonction de la profondeur à l’aide d'un tableur ou de papier millimétré.(la profondeur sera donc en abscisses)

D'après la courbe, la pression est-elle proportionelle à la profondeur? Justifie.

Oui car la courbe est une fonction affine, on voit qu'à 0, elle a pour valeur environ 101 300Pa, ce qui est la pression atmosphérique

Trouve la fonction mathématique représenté par cette courbe.Elle sera de la forme Pression = a x profondeur + b

Pour trouver b, on regarde à profondeur=0, Pression = a x 0 + b = b = 101 300 environ.
Pour trouver a, on prend une valeur au hasard: a = (Pression - b)/profondeur = 100 Pa/cm= 10 000Pa/m

Déduis-en la pression à 10m de profondeur, à 100m de profondeur et compare-les avec la pression atmosphérique.

A 10m, la pression est de 10 000 x 10+ 101 300 = 201 300Pa, soit 2 Patm
A 100m, la pression est de 10 000 x 100+ 101 300 = 1 101 300Pa soit 11 Patm

7/ Plongée 
(3 mn)

Sur le bateau, Malika s'équipe de son masque de plongée de surface S=70cm².
1m²=10000cm² et 1 bar=100 000 Pa

Calculer la valeur de la force pressante qu'exerce l'air atmosphérique sur l'extérieur du verre du masque quand Malika est encore sur le bateau.

P=F/S donc F= P.S =101 300 x 0,007 = 709 N

Quelle est la valeur de la force exercée par l'eau sur le verre du masque à la profondeur de 20m?

A 20m, la pression est de 101 300 + 2 x 100 000=301 300Pa soit 3 bar
F = P . S=301 300 x 0,007= 2109N

8/ Plus la pression augmente, plus on peut dissoudre de gaz dans un liquide.

Comprendre

dissolution gaz pression
Dissolution des gaz sous la pression

Ce phénomène oblige les plongeurs à faire des paliers de décompression quand ils remontent à la surface. En effet, quand ils sont descendus, beaucoup de gaz s'est dissous dans leur sang et s'ils remontent trop vite, la pression redescendant, ce gaz va redevenir gazeux et former des bulles dans leur vaisseaux sanguins qui peuvent être fatales.

8/ Exercices

Comprendre

8/ Boisson gazeuse 
(3 mn)

Quand on ouvre une boisson gazeuse, la boisson est-elle sous pression? Justifie par tes observations.

On entend un bruit et surtout on peut sentir de l'air qui sort, ce qui prouve bien la surpression à l'intérieur de la bouteille.

Les bulles qui sortent d'une boisson gazeuse (le CO2) sont dues à la quantité de gaz dissous qui s'échappe car il n'est plus aussi soluble dans les conditions actuelles.

Le dioxyde de carbone est-il plus soluble dans un récipient sous pression?

Oui, car dès qu'il n'est plus sous pression, il s'échappe du liquide.

Appliquer

8/ Accidents de plongéeMatériel et protocole 
(60 mn)
Manomètre absolu, graphique (Doc 1)
Gant, manomètre et cloche à vide(Doc 2)
Manomètre et tuyau, grande éprouvette d'eau(Doc 3)
seringue,Soda (perrier, ca colle moins), et manomètre(synthèse)
Cette activité est à faire de façon jigsaw (c'est a dire en constituant 3 groupes différents pour travailler sur les docs 1,2 et 3 puis en les redispatchant avec leurs documents dans des groupes de 3 contenant les trois documents pour faire la synthèse.)
1)Pression atmosphérique et altitude

L'air est un mélange de plusieurs gaz. Donc les molécules présentes dans l'air vont très vite (environ la vitesse du son), sont espacées les unes des autres et se choquent très souvent.La pression contre une paroi est l'énergie que transmettent les molécules gazeuses de l'air qui frappent continuellement sur elle. Nous subissons au quotidien une certaine pression due à l'atmosphère, on l'appelle pression atmosphérique. Elle est en moyenne de 101 300 Pascals(au niveau de la mer). La pression atmosphérique est due à la pesanteur. Toutes les molécules d'air sont attirées vers le bas (comme tout ce qui a une masse). Les molécules du haut appuient sur celles en dessous qui elles-mêmes appuient en dessous…

La pression atmosphérique varie légèrement en fonction du climat et de la température mais la plus grande variation s'observe avec l'altitude. Comme tout l'air est attiré vers le bas, plus on monte et moins il y en a. Moins il y a d'air et moins il y a de chocs entre les molécules, donc de pression. En montagne, on utilise fréquement des altimètres qui déterminent l'altitude grâce à la pression de l'air.

Cette énergie est comparable à l'énergie cinétique(l'énergie du mouvement) d'un objet quand il cogne contre quelque chose d'autre. Une molécule en elle-même donne très peu d'énergie mais étant donné l'immense nombre de molécules, cela peut représenter des énergies suffisantes pour faire fonctionner une locomotive ou actionner un tracto-pelle.

Altitude (m)Pression (bar)
5000,95
4000,96
3000,97
2000,98
1000,99
Les valeurs négatives serviront à modéliser les pression dans l'eau puisqu'on sera en dessous du niveau de la mer. L'altitude de Courbevoie sera considérée comme 0 m(le niveau de la mer)

Tu devras :
résumer le texte précédent sur une carte mentale
mesurer la pression de l'air
compléter le graphique fourni

2) Les gaz dans le sang

L'air contient actuellement:
78 % de diazote (N2)
21 % de dioxygène (O2)
0,93 % d'Argon (Ar)
0,0399 % de dioxyde de carbone (CO2) , du méthane, de la vapeur d'eau...

Le dioxygène est un gaz très oxydant produit par photosynthèse par les plantes.Il est utile à la respiration des animaux et des plantes. Le dioxygène a la particularité de pouvoir oxyder de nombreuses molécules en fournissant de l’énergie.
En respirant, nous fournissont de l’oxygène à nos organes qui le combinent avec du glucose pour produire l’énergie nécessaire à leur fonctionnement. Cette réaction est similaire à une combustion(quand quelque chose brûle) sauf qu'elle se passe à une beaucoup plus petite échelle.
En altitude, la pression est bien moins forte, les molécules de dioxygène choquent moins fort dans les poumons et se mélangent au sang en plus petite quantité.La quantité de dioxygène disponible pour le fonctionnement de l’organisme diminue donc et nous sommes plus vite essoufflé. Les habitants des régions élevées ont un organisme adapté : le nombre de globules rouges est plus élevé pour mieux transporter le dioxygène.
Comme l'air est majoritairement constitué de diazote(N2), nous avons toujours un peu de diazote dissous dans notre sang. Plus la pression est grande, plus la quantité de diazote dissoute est grande.
Si la pression augmente au dessus d'un certain seuil(P = 4,5 bar), nous aurons beaucoup de diazote dissous dans l'organisme, ce qui peut provoquer ce que les plongeurs appelle l'ivresse des profondeurs(déreglement des synapses sous l'influence du diazote).
Si la pression diminue brutalement, une partie du diazote dissous va arrêter de l'être et le gaz va former des bulles dans les veines, ce qui peut gêner la circulation du sang : c'est l'accident de décompression, qui peut être fatal. Pour imager, la réaction est la même que quand on ouvre une bouteille de boisson gazeuse : les bulles sortent brutalement du liquide parce qu'elles ne sont plus comprimées.

Ferme le gant, met-le sous la cloche à vide et met-la en route. Comment se comporte un gaz quand la pression diminue ?

Fais une carte mentale synthétisant le texte et ce que tu as compris de l'expérience

3)Pression et profondeur

La pression de l'air qui nous entoure est due à la pesanteur. Toutes les molécules d'air sont attirées vers le bas (comme tout ce qui a une masse). Les molécules du haut appuient sur celles en dessous qui elles-mêmes appuient en dessous…
La pression de l'air (ou pression atmosphérique) s'applique sur tous nos objets du quotidien et même sur les mers. L'eau en surface est donc à la pression atmosphérique mais les gouttes d'eau en profondeur ont à supporter le poids de toutes celles qui sont au dessus! La pression augmente donc à mesure qu'on descend. L'eau étant beaucoup plus dense que l'air, la pression va augmenter beaucoup plus vite.
Les plongeurs ont donc à supporter de fortes pressions qui peuvent produire de multiples phénomènes : maux d'oreilles, ivresse des profondeurs, bulles de gaz dans le sang... Les formations des plongeurs comprennent donc de nombreux cours sur la pression afin de leur permettre de prédire les dangers encourus sous l'eau.

La pression peut se calculer en fonction de la profondeur. C'est une fonction affine pouvant s'exprimer ainsi :
Pression= Pressionsurface + coefficient x profondeur (en mètre) => P = Patmosphérique + coeff x profondeur Un capteur de pression relative mesure la pression par rapport à la pression atmosphérique qui l'entoure. Grâce à cela Patmosphérique sera considéré comme nul et l'équation se simplifiera :
P = coeff x profondeur

Faire un tableau afin de relever la pression en fonction de la profondeur (tous les 5 cm) et trouver la valeur du coefficient en moyennant tes résultats.

P = coeff x profondeur => coeff = P/profondeurdonc le coefficient sera trouvé en divisant la pression par la profondeur (on doit trouver un résultat autour de 1000Pa/cm de profondeur)

Faire une carte mentale résumant ce que les documents et vos expériences vous ont appris.

Compte-rendu de synthèse

Finir de tracer la courbe en dessous du niveau de la mer.

On pourra observer que la pression augmente bien plus vite quand on descend sous l'eau.

A quelle profondeur peut-on commencer à ressentir l'ivresse des profondeurs ? Justifier votre réponse.

L'ivresse des profondeur se ressent à 4,5 bar, c'est-à-dire 35m selon la courbe.

Expliquez les causes d'un accident de décompression et imagez-le en faisant sortir le gaz d'une boisson gazeuse. Vous schématiserez et expliquerez votre expérience(vous disposez d'une seringue et d'un manomètre)

Un accident de décompression arrive lorsque des bulles de gaz apparaissent dans les vaisseaux sanguins et gènent la circulation du sang. Cela arrive lorsque la pression diminue brutalement dans le corps du plongeur. On peut mettre du soda dans une seringue et en diminuer brutalement la pression pour voir que le gaz dissous à l'intérieur(le dioxyde de carbone CO2) va alors en sortir.

8/ Pression et respiration 
(6 mn)

Plus l'altitude augmente et moins la pression est importante.
Les poumons sont formés d'alvéoles qui sont conçues pour maximiser le contact entre l'air et les poumons. Grâce à cela, le dioxygène peut facilement se dissoudre dans notre sang et le dioxyde de carbone peut en sortir sans effort.
La pression a aussi un rôle dans les échanges gazeux comme la respiration. Plus la pression est forte, plus les gaz peuvent se dissoudre dans les liquides. Ainsi si la pression est trop faible, nous aurons du mal à respirer car peu de dioxygène se dissoudra dans notre sang.

Comment varie la pression quand on monte dans le ciel ?

La pression diminue avec l’altitude.

Comment varie la température quand on monte dans le ciel ?

La température diminue à mesure que l’on s’élève dans le ciel.

Pourquoi dans les avions de lignes pompe-t-on de l’air vers l’intérieur de l’habitacle ?

La pression à l’extérieur est trop faible, les passagers ne pourraient pas respirer s’ils étaient à l’extérieur.En effet, si la pression en oxygène est trop faible, très peu de dioxygène va se dissoudre dans le sang.

Pourquoi ne doit-on pas ouvrir les portes d’un avion de ligne en plein vol ?

La différence de pression entre l’intérieur et l’extérieur pourrait aspirer des passagers à l’extérieur (outre le froid et le manque d’oxygène).

9/ Une mole de n'importe quel gaz occupera toujours 24L à 20°C et à pression atmosphérique.

Comprendre

volume molaire loi d'avogadro
Volume molaire

Afin de faciliter l'expression du nombre de particules, on a pris l'habitude de les regrouper par paquets. Ces paquets sont nommés moles. Ils contiennent 6,02.1023 éléments. En effet , il n'est pas très pratique de dire qu'on utilise 6 millions de milliards de milliards de molécules, il est plus simple de dire qu'on utilise une mole.
Pour avoir un ordre d'idée, une mole de molécule d'eau pèse 18g, ce qu'on exprimera par sa masse molaire: MH2O= 18 g/mol.

Dans un gaz, les molécules sont très espacées et se choquent en permanence car elles vont très vite (environ 340m/s). Le volume que prendra une mole de molécules de gaz dépendra bien plus de l'agitation des molécules (la température) que de la taille des molécules.

9/ Exercices

Analyse

9/ Bouteille et pression 
(12 mn)

La masse molaire du dioxygène MO2= 32g/mol, la masse molaire du diazote MN2 =30g/mol.

Quelle est la proportion de diazote et de dioxygène dans une mole d'air?

4/5 de diazote et 1/5 de dioxygène

Calcule grâce à la question précédente la masse molaire de l'air (en g/mol).

4/5 x MN2 +1/5 x MO2=30,4 g/mol

Dans les Conditions Normales de Température et de Pression, quel est le volume molaire de l'air?

Volume molaire des gaz =24 L/mol

On désire déterminer la masse d'un litre d'air (en g/L) grâce à la masse molaire et au volume molaire.Choisis l'équation qui te semble juste.(réécrire sous forme de fraction peut aider):
[g/L]=[g/mol] x [L/mol]
[g/L]=[g/mol] / [L/mol]
[g/L]= [L/mol] / [g/mol]

[g/L]=[g/mol] / [L/mol]

Déduis-en la relation liant la masse volumique (ρ) en g/L, la masse molaire (M)en g/mol et le volume molaire (Vmol) en L/mol.

ρ=Mair/Vmol

Calcule grâce à cette relation la masse volumique de l'air.

ρ=Mair/Vmolaire = 30,4 / 24 =1,3 g/L

Quelle est la masse de l'air dans la salle? On considérera qu'elle fait 8 m de longueur, 5 m de largeur et 3m de hauteur.On rappelle qu'un m3 vaut mille litres

V = Longueur x largeur x hauteur = 120m3=120 000L
1,3g/L x 120 000 L= 156 000g= 156kg d'air dans la salle.

On dispose de 5g d’air dans une bouteille d’un litre, l’air est-il comprimé ?

Oui car un litre d'air pèse normalement 1,3g

10/ A température constante, le produit du volume et de la pression reste identique pour une quantité de gaz donnée. C'est la loi de Boyle-Mariotte.

Comprendre

plongeur pression volume Loi de Boyle-MariotteProductions élèvesPropriétés des gazSimulation artistique Lois gaz parfait
Pression et volume

Imaginons un ballon rempli d'air. Si la pression de l'air autour de lui augmente,l'air extérieur au ballon va le compresser davantage et son volume diminuera.
La loi de Boyle-Mariotte nous apprend donc que pour un volume d'air donné, si on augmente sa pression, son volume diminue. Si on augmente son volume, sa pression diminue. Cette loi ne fonctionne qu'à température fixe car la température influence beaucoup la pression(et donc le volume) d'un gaz.

10/ Exercices

Comprendre

10/ Pascal et l’altitude 
(4 mn)

En 1653, Blaise Pascal écrivait :
Si on prend un ballon à demi-plein d’air, flasque et mou, et qu’on le porte sur une montagne de 500 toises, il arrivera qu’à mesure qu’on montera, il s’enflera de lui-même et quand il sera en haut, il sera tout plein gonflé comme si on avait soufflé de l’air de nouveau, et en redescendant, il s’aplatira peu à peu, des mêmes degrés ; de sorte qu’étant arrivé au bas, il sera revenu à son premier état.
La toise est une ancienne mesure de distance valant l’envergure d’un homme soit 1,8 mètres.

Quelle est la hauteur de la montagne ?

La montagne est haute de 900m (=1,8m x 500).

Comment varie le volume de l’air dans le ballon quand l’altitude augmente ?

Le volume augmente avec l’altitude.

D'après la loi de Boyle-Mariotte, comment varie la pression quand le volume augmente.

D’après la loi de Mariotte le produit Volume x Pression est constant donc si le Volume augmente, la pression diminue.

Comment varie la pression atmosphérique avec l’altitude ?

La pression atmosphérique diminue à mesure que l’on monte.

Appliquer

10/ Parachute ascensionnel Matériel et protocole 
(9 mn)
Seringue
manomètre et son tuyau

Un parachute de plongée est un accessoire servant à signaler la présence d’un plongeur ou de l’aider à garder une profondeur stable en cas de fatigue. Les plongeurs ont-ils besoin de le gonfler complètement lorsqu’ils veulent le lancer depuis 10m de profondeur?
Un plongeur a mentionné la loi de Boyle-Mariotte (P x V =constante) pour le déterminer.

Vérifie la loi de Boyle Mariotte avec une seringue et un manomètre pour vérifier qu'elle est fiable.Pour cela, rentre dans un tableau la pression et le volume pour quatre volumes différents de la seringue.

Rajoute une ligne où tu calculeras le produit P x V pour vérifier qu'il soit constant.

En théorie P x V est constant quel que soit les unités utilisées.

Si le parachute fait V1=20L à 10m de profondeur (P1=2000hPa), quel sera son volume à la surface où la pression est de 1013hPa ?

D'après la loi de Boyle-Mariotte: P1 x V 1 = Psurface x V surface donc Vsurface = P1 x V 1/Psurface = 40L. Le parachute a doublé de volume, si on gonfle complètement le parachute, il risque d'éclater.

10/ Réaliser un LudionMatériel et protocole 
(5 mn)
Un ludion

mv eau=1000g/L et mv air=1,2g/L
La densité est la comparaison entre les masses volumiques de différents corps. Plus un corps est dense plus il sera lourd pour le même volume.

Qui est le plus dense , l’eau ou l’air ?

Un litre d’air pèse 1,2 g tandis qu’un litre d’eau 1000g, l’eau est donc environ mille fois plus dense.

Presser la bouteille, comment varie le volume d’air dans le ludion ?

La quantité d’eau augmente dans le ludion

Utilise la loi de Boyle-Mariotte pour expliquer ce changement de volume.

D’après la loi de Boyle-Mariotte, à température constante, quand la pression augmente, le volume diminue, c’est ce qui se passe pour l’air ici.

Le ludion devient-il globalement plus ou moins dense ?

Le ludion devient plus dense car sa masse augmente alors que son volume reste constant.

Un corps coulera si sa densité est supérieure à celle du fluide dans lequel il est immergé (ici l’eau).

Pourquoi le ludion coule-t-il quand on presse la bouteille ?

La densité du ludion augmente à mesure que le volume d’air diminue. Quand sa densité devient supérieure à celle de l’eau, il coule.

10/ Evaluation 2
(7 mn)

Analyse

10/ Purple Submarine 
(20 mn)

Quelle est la pression de l’air au niveau de la mer ?

Patm=101 300 Pa

Comment évolue la pression à mesure que l’on descend sous l’eau ?

Plus on descend, plus la pression est importante.

Les molécules choquent-elles plus ou moins fort contre les parois quand le sous-marin descend ?

Plus la pression est forte, plus les molécules choquent violemment, elles vont donc cogner de plus en plus fort contre les parois.

Quel instrument faudrait-il intégrer au sous-marin pour qu’il puisse mesurer la profondeur à laquelle il navigue ?

Il faudrait intégrer un baromètre/manomètre/pressiomètre qui permettrait de calculer la profondeur à laquelle se trouve le sous-marin.

La coque du sous-marin est conçue dans un acier conçu pour résister à une force maximale de 410 N/cm².

Quelle force un mètre-carré de coque peut-elle supporter ?

Un m² est 10 000 fois plus grand qu’un cm², donc la force par mètre sera de 410 x 10 000= 4 100 000 N/m²

Donner la relation liant la pression, la force et la surface.

Pression=Force/Surface

Montrer que la pression peut s’exprimer en N/m².

La force s’exprimant en Newton et la surface en m², d’après la formule précédente :P = F/S donne Pa = N/m²

D’après les trois questions précédentes, quelle est la pression que peut supporter le sous-marin ?

Pmax=4 100 000 Pa

1 mètre d’eau exerce une pression de 10 000 Pa.

A quelle profondeur le sous-marin peut-il descendre ?

La relation littérale permettant de calculer la pression en fonction de la profondeur. P= Patm + profondeurmax x 10 000
profondeurmax= (P - Patm)/10 000=(4 100 000-101 300)/10 000 = 400m

Quel gaz faudrait-il stocker dans le sous-marin afin que l’équipage puisse respirer ?

Le dioxygène est nécessaire à la respiration

Quelle est la proportion de ce gaz dans l’air ?

Il est présent à 21% (environ 1/5 de l’air)

Les bouteilles de plongée contiennent du diazote.

Le diazote se dissoudra-t-il mieux dans le sang à grande ou faible profondeur ?Explique grâce à ce que tu sais des molécules et de la pression .

A plus forte pression, les molécules vont davantage choquer contre les liquides et s’y dissoudront donc en plus grand nombre.

Rappelle la loi de Boyle-Mariotte.

Le produit de la pression et du volume reste constant à température constante.

Si un plongeur recrache une bulle contenant une mole de gaz, comment va évoluer le volume de la bulle en remontant ?

La pression va diminuer au cours de la remontée, donc le volume de la bulle va augmenter.

Quelle volume fera-t-elle en arrivant à la surface ?(La température de l'air et de l'eau est de 20°C)

Elle fera 24 L .


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Comment faire plonger le sous-marin ?

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Comment évolue la pression à mesure que la profondeur augmente ?

Connaissances: 3,4,5,7

A quelle pression peut résister le sous-marin ?

Connaissances: 6

Comment vivrait un humain à bord du sous-marin ?

Connaissances: 1,2,9,10

Quels est l’équipement nécessaire si l’habitant venait à sortir du sous-marin ?

Connaissances: 5

Comment propulser le sous-marin ?

Propulsion électrico-mécanique ou chimique