Introduction
La pression relative est une grandeur physique fondamentale qui mesure l’effet d’une force sur une surface‚ utilisée dans de nombreux domaines tels que la mécanique des fluides et l’hydrostatique.
Définition de la pression relative
La pression relative est définie comme la différence entre la pression absolue et la pression atmosphérique. Elle représente la variation de pression par rapport à la pression ambiante. Cette grandeur physique est utilisée pour décrire les effets de la pression sur un système ou un objet immergé dans un milieu fluide‚ tel qu’un liquide ou un gaz.
La pression relative est une notion essentielle en mécanique des fluides et en hydrostatique‚ car elle permet de comprendre les phénomènes de flottabilité‚ de poussée d’Archimède et de résistance des fluides.
I. Contexte physique
Le contexte physique de la pression relative implique la compréhension des phénomènes de pression absolue‚ pression atmosphérique et unité de pression.
La pression absolue et la pression atmosphérique
La pression absolue est la somme de la pression atmosphérique et de la pression relative. La pression atmosphérique est la pression exercée par l’atmosphère terrestre sur un objet ou un système. Elle varie en fonction de l’altitude et de la température. La pression absolue est mesurée à partir du vide parfait‚ où la pression est nulle. Dans les applications pratiques‚ la pression atmosphérique est souvent considérée comme une référence pour mesurer les pressions relatives.
Il est important de bien distinguer la pression absolue de la pression atmosphérique pour éviter toute erreur de calcul ou d’interprétation dans les problèmes de physique.
Unité de pression ⁚ le pascal
Le pascal (symbole ⁚ Pa) est l’unité de pression du Système International (SI). Il est défini comme la pression exercée par une force de 1 newton sur une surface de 1 mètre carré. Le pascal est une unité de base qui permet de mesurer les pressions relatives et absolues.
Le pascal est une unité de pression très commune dans les domaines scientifiques et techniques‚ notamment en physique‚ en ingénierie et en météorologie. Il est souvent utilisé pour exprimer les pressions atmosphériques‚ les pressions dans les réseaux de distribution de gaz et les pressions dans les systèmes hydrauliques.
II. Définition et formule de la pression relative
La pression relative est la différence entre la pression absolue et la pression atmosphérique‚ mesurant l’effet d’une force sur une surface dans un milieu fluide.
La pression relative et son importance en physique
La pression relative joue un rôle crucial dans de nombreux domaines de la physique‚ tels que la mécanique des fluides‚ l’hydrostatique et la météorologie. Elle permet de comprendre les phénomènes de pression dans des milieux fluides‚ comme les liquides et les gaz‚ ainsi que les effets de la pression sur les objets immergés ou soumis à des forces extérieures. La pression relative est également essentielle pour l’étude des propriétés des fluides‚ telles que la densité et la viscosité‚ et pour la compréhension des phénomènes naturels‚ comme les marées et les ouragans. Elle est donc une grandeur physique fondamentale pour la modélisation et la simulation de nombreux phénomènes physiques.
Formule de la pression relative
La pression relative p est définie comme la différence entre la pression absolue P et la pression atmosphérique P₀. La formule de la pression relative est donc donnée par ⁚
Où P est la pression absolue et P₀ est la pression atmosphérique. Cette formule permet de calculer la pression relative dans un milieu fluide‚ en fonction de la pression absolue et de la pression atmosphérique.
III. Comment calculer la pression relative
La pression relative peut être calculée à partir de la pression absolue et de la pression atmosphérique‚ en utilisant la formule appropriée et les unités de pression adéquates.
Exemple 1 ⁚ pression relative dans un milieu fluide
Dans un réservoir d’eau‚ la pression absolue au fond du réservoir est de 1‚5 bar. La pression atmosphérique est de 1 bar. Pour calculer la pression relative‚ nous utilisons la formule ⁚ pr = pa ─ patm. En remplaçant les valeurs‚ nous obtenons ⁚ pr = 1‚5 bar ─ 1 bar = 0‚5 bar. La pression relative au fond du réservoir est donc de 0‚5 bar. Cette valeur est importante pour déterminer les forces exercées sur les parois du réservoir et les équipements immergés.
Exemple 2 ⁚ pression relative mesurée avec un baromètre
Un baromètre mesure la pression atmosphérique à 760 mm de mercure. La hauteur de colonne de mercure est directement proportionnelle à la pression atmosphérique. Si nous connaissons la pression absolue à un point donné‚ nous pouvons calculer la pression relative en soustrayant la pression atmosphérique mesurée. Par exemple‚ si la pression absolue est de 780 mm de mercure‚ la pression relative est de 780 mm ─ 760 mm = 20 mm de mercure. Cette méthode est couramment utilisée pour mesurer la pression relative dans divers milieux‚ tels que l’air ou les liquides.
IV. Exemples et applications
Cette section présente des exemples concrets de calcul de pression relative‚ ainsi que ses applications pratiques dans différents domaines‚ tels que la mécanique des fluides et l’hydrostatique.
Hauteur de colonne de mercure et pression relative
La hauteur de colonne de mercure est une méthode classique pour mesurer la pression atmosphérique. En effet‚ la hauteur de la colonne de mercure est directement liée à la pression atmosphérique. Plus la pression atmosphérique est élevée‚ plus la colonne de mercure est haute.
En appliquant la formule de la pression relative‚ nous pouvons calculer la pression relative à partir de la hauteur de colonne de mercure. Cela permet de déterminer la pression relative à une altitude donnée‚ en prenant en compte la pression atmosphérique et le poids spécifique du mercure.
Cette méthode est particulièrement utile pour les applications météorologiques et aérospatiales‚ où la pression atmosphérique varie en fonction de l’altitude.
Force normale et surface d’appui
La pression relative est également liée à la force normale et à la surface d’appui. En effet‚ la force normale exercée sur une surface est directement proportionnelle à la pression relative et à la surface d’appui.
La formule de la pression relative permet de calculer la force normale nécessaire pour maintenir une surface à une pression donnée. Cela est particulièrement important dans les domaines de la mécanique et de l’ingénierie‚ où la force normale est utilisée pour déterminer les contraintes mécaniques sur les matériaux.
En connaissant la pression relative et la surface d’appui‚ il est possible de déterminer la force normale requise pour maintenir une structure ou un objet à une pression donnée.
V. Exercice
Résolvez le problème suivant ⁚ un réservoir contenant un fluide soumis à une pression de 2 bars‚ quelle est la pression relative à une hauteur de 5 mètres ?
Résolution d’un problème de pression relative
Pour résoudre ce problème‚ nous allons appliquer la formule de la pression relative ⁚ Prel = Pabs ─ Patm. Dans cet exemple‚ la pression absolue est égale à la pression du réservoir‚ soit 2 bars. La pression atmosphérique est de 1 bar. En remplaçant les valeurs‚ nous obtenons ⁚ Prel = 2 bars ─ 1 bar = 1 bar.
Ensuite‚ nous devons prendre en compte la hauteur de 5 mètres. La pression relative est également influencée par la hauteur de fluide‚ selon la formule ⁚ Prel = ρgh‚ où ρ est le poids spécifique du fluide et g est l’accélération de la gravité. En intégrant cette formule‚ nous pouvons trouver la pression relative finale.