PSI Brizeux Ch DF1: Etude phénoménologique des fluides
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Niveau: Secondaire, Lycée
PSI Brizeux Ch.DF1: Etude phénoménologique des fluides 1 CHAPITRE DF1 ETUDE PHENOMENOLOGIQUE DES FLUIDES 1. LE MODELE DU FLUIDE 1.1. Qu'est ce qu'un fluide ? Nous avons déjà évoqué en thermodynamique la notion de fluide. On parle de fluide au sujet des états liquide et gazeux, par opposition à l'état solide. La frontière liquide-gaz se caractérise par une différence d'ordre de grandeur de la densité particulaire, environ mille fois plus grande dans les liquides que dans les gaz, avec d'ailleurs pour conséquence une grande importance des interactions moléculaires dans les liquides. De même, la frontière liquide-solide n'est pas simple à établir ( on peut penser aux cristaux liquides ). Nous n'essaierons pas de donner une définition rigoureuse d'un fluide par opposition à un solide. Cependant, nous connaissons tous la capacité des liquides à « couler » ( plus ou moins suivant leur viscosité ! ), à épouser la forme du récipient dans lequel ils sont contenus, à pouvoir être reconstitués une fois qu'ils ont été « éparpillés » ( pensons par exemple aux fines gouttelettes d'un brumisateur qu'on récolterait dans un verre...). Cette différence de comportement mécanique macroscopique entre solides et liquides s'interprète notamment par la beaucoup plus grande mobilité des molécules dans l'état liquide, moins « compact » que l'état solide. Nous avons vu en statique des fluides l'importance des forces de pression, toujours présentes en dynamique des fluides.
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PSI Brizeux Ch.DF1: Etude phénoménologique des fluides 1 CHAPITRE DF1 ETUDE PHENOMENOLOGIQUE DES FLUIDES 1. LE MODELE DU FLUIDE 1.1. Qu'est ce qu'un fluide ? Nous avons déjà évoqué en thermodynamique la notion de fluide. On parle de fluide au sujet des états liquide et gazeux, par opposition à l'état solide. La frontière liquide-gaz se caractérise par une différence d'ordre de grandeur de la densité particulaire, environ mille fois plus grande dans les liquides que dans les gaz, avec d'ailleurs pour conséquence une grande importance des interactions moléculaires dans les liquides. De même, la frontière liquide-solide n'est pas simple à établir ( on peut penser aux cristaux liquides ). Nous n'essaierons pas de donner une définition rigoureuse d'un fluide par opposition à un solide. Cependant, nous connaissons tous la capacité des liquides à « couler » ( plus ou moins suivant leur viscosité ! ), à épouser la forme du récipient dans lequel ils sont contenus, à pouvoir être reconstitués une fois qu'ils ont été « éparpillés » ( pensons par exemple aux fines gouttelettes d'un brumisateur qu'on récolterait dans un verre...). Cette différence de comportement mécanique macroscopique entre solides et liquides s'interprète notamment par la beaucoup plus grande mobilité des molécules dans l'état liquide, moins « compact » que l'état solide. Nous avons vu en statique des fluides l'importance des forces de pression, toujours présentes en dynamique des fluides.
- donnée du champ eulérien des vitesses du fluide
- champ de la vitesse
- mouvement
- ecoulement
- particule
PSI Brizeux Ch.DF1: Etude phénoménologique des fluides 1
1.
1.1.
CHAPITRE DF1ETUDE PHENOMENOLOGIQUE DES FLUIDES
LE MODELE DU FLUIDE
Qu’est ce qu’un fluide ?
Nous avons déjà évoqué en thermodynamique la notion de fluide. On parle de fluide au sujet des états liquide et gazeux, par opposition à l’état solide. La frontière liquide-gaz se caractérise par une différence d’ordre de grandeur de la densité particulaire, environ mille fois plus grande dans les liquides que dans les gaz, avec d’ailleurs pour conséquence une grande importance des interactions moléculaires dans les liquides. De même, la frontière liquide-solide n’est pas simple à établir ( on peut penser aux cristaux liquides ). Nous n’essaierons pas de donner une définition rigoureuse d’un fluide par opposition à un solide. Cependant, nous connaissons tous la capacité des liquides à « couler » ( plus ou moins suivant leur viscosité ! ), à épouser la forme du récipient dans lequel ils sont contenus, à pouvoir être reconstitués une fois qu’ils ont été « éparpillés » ( pensons par exemple aux fines gouttelettes d’un brumisateur qu’on récolterait dans un verre...). Cette différence de comportement mécanique macroscopique entre solides et liquides s’interprète notamment par la beaucoup plus grande mobilité des molécules dans l’état liquide, moins « compact » que l’état solide.
Nous avons vu en statique des fluides l’importance des forces de pression, toujours présentes en dynamique des fluides. Une autre différence essentielle entre liquides et solides va se retrouver lors de leur étude cinématique : les vitesses des différents points d’un solide, rigidement liés les uns aux r autres, sont reliées entre elles par une relation faisant intervenir le vecteur rotation instantanée". Le problème est beaucoup plus délicat pour des liquides en mouvement.
Avant toutefois d’aborder cette étude cinématique, il nous faut repréciser notre échelle d’étude afin de pouvoir définir notamment la notion de vitesse macroscopique du fluide :
1.2.
Le fluide milieu continu
A l’échellemicroscopique, le fluide est essentiellementdiscontinu: il est composé de molécules, en continuelle agitation thermique. Pour un gaz, lalongueur caractéristiqueassociée à cette échelle estle libre parcours moyen l des molécules, distance moyenne parcourue par une molécule entre deux chocs. Aux pressions usuelles, l est de l’ordre du micromètre. A l’opposé, à l’échellemacroscopique, le fluide est un milieucontinu. La longueur L caractéristique de cette échelle pourra être très variable, imposée par les caractéristiques du problème étudié : largeur du lit d’un fleuve, diamètre d’une conduite, profondeur de l’océan, taille d’un obstacle. Une limite inférieure de L pourrait être obtenue dans les capillaires sanguins par exemple (L est alors de l’ordre d’une fraction de millimètre).
