Ressources · 1ʳᵉ · Spécialité Physique-Chimie
Fluide au repos : pression et statique des fluides
Description microscopique et macroscopique d’un fluide (masse volumique, pression, température) ; pression et force pressante ; loi de Mariotte et son test expérimental ; loi fondamentale de la statique des fluides et son test ; applications : tube en U, baromètre, plongée.
À propos de cette page
Les 36 questions du QCM en version texte
Pour réviser sans écran ou imprimer : chaque question avec ses propositions ; la bonne réponse et son explication se déplient.
Niveau facile ★ — 12 questions
Quelle est l’unité SI de la pression ?
- A. le pascal (Pa)
- B. le newton (N)
- C. le bar (bar)
- D. le joule (J)
Réponse
A. le pascal (Pa) — L’unité SI est le pascal : 1 Pa = 1 N·m⁻². Le bar est une unité usuelle, pas une unité SI.
Un bar est égal à :
- A. 10³ Pa
- B. 10⁵ Pa
- C. 10² hPa
- D. 10⁶ Pa
Réponse
B. 10⁵ Pa — 1 bar = 10⁵ Pa = 1 000 hPa.
La force pressante exercée par un fluide au repos sur une paroi est :
- A. parallèle à la paroi
- B. toujours verticale, vers le bas
- C. perpendiculaire à la paroi
- D. dirigée de la paroi vers le fluide
Réponse
C. perpendiculaire à la paroi — Elle est perpendiculaire à la paroi et dirigée du fluide vers la paroi.
Dans un gaz, les entités microscopiques sont :
- A. immobiles et très rapprochées
- B. rangées et au contact
- C. proches et presque immobiles
- D. éloignées et très agitées
Réponse
D. éloignées et très agitées — Dans un gaz, les entités sont éloignées les unes des autres et animées d’un mouvement désordonné incessant.
La masse volumique d’un corps de masse m et de volume V est :
- A. ρ = m × V
- B. ρ = m ÷ V
- C. ρ = V ÷ m
- D. ρ = m × g ÷ V
Réponse
B. ρ = m ÷ V — ρ = m ÷ V, en kg·m⁻³ si m est en kg et V en m³.
Pour une quantité de gaz fixée, le produit p × V reste constant si :
- A. la température reste constante
- B. le volume reste constant
- C. la pression reste constante
- D. la masse volumique est constante
Réponse
A. la température reste constante — C’est la loi de Mariotte : quantité de gaz fixée et température constante.
Dans un liquide au repos, la pression :
- A. diminue avec la profondeur
- B. est la même en tout point
- C. dépend de la forme du récipient
- D. augmente avec la profondeur
Réponse
D. augmente avec la profondeur — D’après la loi fondamentale, p = p₀ + ρ × g × h : la pression augmente avec la profondeur h.
Deux points A et B d’un même liquide au repos sont à la même altitude. Alors :
- A. p(A) > p(B) si A est près du bord
- B. p(A) < p(B) si B est au centre
- C. p(A) = p(B)
- D. on ne peut pas comparer
Réponse
C. p(A) = p(B) — Les points sont à la même altitude dans le même liquide : la loi fondamentale donne une différence de pression nulle. Les surfaces de même pression sont horizontales.
La température d’un gaz traduit, à l’échelle microscopique :
- A. l’agitation de ses entités
- B. la taille de ses entités
- C. la masse de ses entités
- D. la distance entre ses entités
Réponse
A. l’agitation de ses entités — Plus la température est élevée, plus les entités se déplacent vite en moyenne : c’est l’agitation thermique.
1 hPa est égal à :
- A. 10 Pa
- B. 100 Pa
- C. 1 000 Pa
- D. 0,01 Pa
Réponse
B. 100 Pa — Le préfixe hecto signifie 10² : 1 hPa = 100 Pa.
Dans un baromètre de Torricelli, au-dessus du mercure du tube, il y a :
- A. de l’air
- B. de la vapeur d’eau
- C. de l’air comprimé
- D. le vide
Réponse
D. le vide — Le tube a été rempli de mercure puis retourné : au-dessus de la colonne règne le vide, de pression nulle.
Contrairement à un gaz, un liquide est :
- A. très compressible
- B. sans volume propre
- C. quasi incompressible
- D. fait d’entités immobiles
Réponse
C. quasi incompressible — Dans un liquide, les entités sont au contact : on ne peut presque pas réduire son volume.
Niveau moyen ★★ — 12 questions
Un liquide de masse 1,62 kg occupe un volume de 1,25 L. Sa masse volumique vaut :
- A. 1,30 × 10⁻³ kg·m⁻³
- B. 0,772 kg·m⁻³
- C. 1,30 × 10³ kg·m⁻³
- D. 1,30 kg·m⁻³
Réponse
C. 1,30 × 10³ kg·m⁻³ — ρ = 1,62 ÷ (1,25 × 10⁻³) ≈ 1,30 × 10³ kg·m⁻³. Trouver 1,30 kg·m⁻³, c’est oublier de convertir les litres en m³.
Une pression de 0,85 bar vaut :
- A. 850 hPa
- B. 85 hPa
- C. 8 500 hPa
- D. 85 000 hPa
Réponse
A. 850 hPa — 0,85 bar = 0,85 × 10⁵ Pa = 8,5 × 10⁴ Pa = 850 hPa.
Un fluide à 3,2 × 10⁵ Pa agit sur une surface de 6,0 cm². La force pressante vaut environ :
- A. 1,9 × 10⁶ N
- B. 5,3 × 10⁴ N
- C. 1,9 N
- D. 1,9 × 10² N
Réponse
D. 1,9 × 10² N — F = p × S avec S = 6,0 × 10⁻⁴ m² : F ≈ 1,9 × 10² N. Garder des cm² donne 10⁴ fois trop ; diviser p par S n’a pas de sens.
Un gaz enfermé occupe 450 mL sous 1,8 bar. À température constante, on réduit son volume à 270 mL. Sa pression devient :
- A. 1,08 bar
- B. 3,0 bar
- C. 0,60 bar
- D. 2,7 bar
Réponse
B. 3,0 bar — p₂ = p₁ × V₁ ÷ V₂ = 1,8 × 450 ÷ 270 = 3,0 bar : le volume diminue, la pression augmente.
Dans une écluse remplie d’eau douce, deux points sont séparés verticalement de 3,7 m (g = 9,81 N·kg⁻¹). Leur différence de pression vaut :
- A. 3,63 × 10⁴ Pa
- B. 3,63 × 10³ Pa
- C. 3,70 × 10³ Pa
- D. 1,38 × 10⁵ Pa
Réponse
A. 3,63 × 10⁴ Pa — Δp = ρ × g × Δz = 1,00 × 10³ × 9,81 × 3,7 ≈ 3,63 × 10⁴ Pa. La pression de surface n’intervient pas dans une différence.
La pression à la surface d’une piscine vaut 1,010 × 10⁵ Pa (g = 9,81 N·kg⁻¹). À 6,5 m de profondeur, elle vaut :
- A. 6,38 × 10⁴ Pa
- B. 3,72 × 10⁴ Pa
- C. 1,65 × 10⁵ Pa
- D. 1,65 × 10⁶ Pa
Réponse
C. 1,65 × 10⁵ Pa — p = p₀ + ρgh ≈ 1,010 × 10⁵ + 6,38 × 10⁴ ≈ 1,65 × 10⁵ Pa. 6,38 × 10⁴ Pa oublie p₀ ; 3,72 × 10⁴ Pa soustrait ρgh au lieu de l’ajouter.
Dans un baromètre à mercure (ρ = 13,6 × 10³ kg·m⁻³), une pression de 1,020 × 10⁵ Pa correspond à une colonne de :
- A. 76,5 mm
- B. 765 mm
- C. 7,65 m
- D. 0,765 mm
Réponse
B. 765 mm — h = p ÷ (ρ × g) = 1,020 × 10⁵ ÷ (13,6 × 10³ × 9,81) ≈ 0,765 m, soit 765 mm.
En mer (ρ = 1,03 × 10³ kg·m⁻³), la pression en surface vaut 1,01 × 10⁵ Pa. Elle est triple de cette valeur à une profondeur d’environ :
- A. 30,0 m
- B. 3,00 m
- C. 40,0 m
- D. 20,0 m
Réponse
D. 20,0 m — p₀ + ρgh = 3p₀ donne ρgh = 2p₀, d’où h = 2 × 1,01 × 10⁵ ÷ (1,03 × 10³ × 9,81) ≈ 20,0 m. Répondre 30,0 m revient à oublier la pression de surface.
Une température de 27 °C correspond à environ :
- A. 300 K
- B. 246 K
- C. 27 K
- D. 327 K
Réponse
A. 300 K — T = θ + 273,15 = 27 + 273,15 = 300,15 K, soit environ 300 K. 246 K vient d’une soustraction.
Le manomètre d’un extincteur, qui mesure la pression relative, indique 14 bar ; la pression atmosphérique vaut 1,0 bar. La pression absolue du gaz vaut :
- A. 14 bar
- B. 13 bar
- C. 1,4 bar
- D. 15 bar
Réponse
D. 15 bar — Le manomètre affiche p − p(atm) : p = 14 + 1,0 = 15 bar.
Un gaz à 2,4 bar occupe 5,0 L. À température constante, sous 1,6 bar, il occupe :
- A. 3,3 L
- B. 7,5 L
- C. 12 L
- D. 8,0 L
Réponse
B. 7,5 L — V₂ = p₁ × V₁ ÷ p₂ = 2,4 × 5,0 ÷ 1,6 = 7,5 L : la pression diminue, le volume augmente.
Dans un tube en U contenant de l’eau, une huile non miscible (ρ = 900 kg·m⁻³) forme une colonne de 20,0 cm au-dessus de l’interface. Au-dessus du même niveau, l’eau s’élève de :
- A. 22,2 cm
- B. 20,0 cm
- C. 18,0 cm
- D. 2,0 cm
Réponse
C. 18,0 cm — Même pression aux deux points du niveau de l’interface : ρ(huile) × h(huile) = ρ(eau) × h(eau), d’où h(eau) = 900 × 20,0 ÷ 1 000 = 18,0 cm.
Niveau difficile ★★★ — 12 questions
On comprime brusquement l’air d’une seringue bouchée : le produit p × V augmente. Pourquoi la loi de Mariotte n’est-elle pas vérifiée ?
- A. la quantité de gaz augmente
- B. la masse volumique reste constante
- C. la pression ne dépend pas du volume
- D. la température du gaz augmente
Réponse
D. la température du gaz augmente — Une compression rapide échauffe le gaz : la condition « température constante » n’est plus respectée.
Trois récipients de formes différentes (évasé, droit, rétréci) ont la même aire de fond et la même hauteur d’eau. La pression au fond est :
- A. plus grande dans l’évasé
- B. plus grande dans le rétréci
- C. identique dans les trois
- D. proportionnelle à la masse d’eau
Réponse
C. identique dans les trois — p = p₀ + ρgh ne dépend que de la hauteur de liquide, pas de la forme ni de la masse d’eau : c’est le paradoxe hydrostatique.
Dans la relation p₂ − p₁ = ρg(z₁ − z₂), l’axe (Oz) est :
- A. vertical, orienté vers le haut
- B. vertical, orienté vers le bas
- C. horizontal, orienté de 1 vers 2
- D. quelconque, s’il passe par 1
Réponse
A. vertical, orienté vers le haut — Avec l’axe vers le haut, si le point 2 est plus bas (z₂ < z₁), alors p₂ > p₁ : la pression est plus grande en bas.
On peut appliquer la loi fondamentale à l’air atmosphérique en prenant ρ constante :
- A. jamais, l’air étant un gaz
- B. sur un faible dénivelé
- C. sur plusieurs kilomètres
- D. si la température varie
Réponse
B. sur un faible dénivelé — L’air est compressible : sa masse volumique diminue nettement avec l’altitude. On ne peut la considérer comme uniforme que sur un faible dénivelé, de quelques centaines de mètres au plus.
Une bulle de 2,2 cm³ se forme à 25 m de profondeur, où la pression vaut 3,5 bar. À la surface (1,0 bar), à température constante, son volume vaut :
- A. 0,63 cm³
- B. 7,7 cm³
- C. 2,2 cm³
- D. 55 cm³
Réponse
B. 7,7 cm³ — V₂ = p₁ × V₁ ÷ p₂ = 3,5 × 2,2 ÷ 1,0 = 7,7 cm³ : la pression diminue en remontant, le volume augmente.
Un élève calcule la pression à 8,0 m sous la surface d’un lac avec p = ρ × g × h et trouve 7,8 × 10⁴ Pa. Son erreur :
- A. il a oublié la pression de surface
- B. il aurait dû diviser par g
- C. il fallait h en centimètres
- D. il fallait ρ = 1 kg·m⁻³
Réponse
A. il a oublié la pression de surface — ρgh n’est que la surpression due à l’eau : p = p₀ + ρgh ≈ 1,8 × 10⁵ Pa si p₀ ≈ 1,0 × 10⁵ Pa.
Pour une quantité de gaz fixée à température constante, la courbe p = f(1/V) est :
- A. une hyperbole décroissante
- B. une droite ne passant pas par l’origine
- C. une droite passant par l’origine
- D. une parabole tournée vers le haut
Réponse
C. une droite passant par l’origine — p × V = k donne p = k × (1/V) : p est proportionnelle à 1/V.
Un plongeur situé à 12 m de profondeur en mer descend à 24 m. La pression qu’il subit :
- A. double exactement
- B. est multipliée par 4
- C. augmente d’environ 2,4 bar
- D. augmente d’environ 1,2 bar
Réponse
D. augmente d’environ 1,2 bar — Elle augmente de ρ × g × 12 ≈ 1,2 × 10⁵ Pa : elle passe d’environ 2,2 bar à 3,4 bar. Elle ne double pas, à cause de la pression atmosphérique.
Un récipient rigide fermé contient un gaz. On en retire la moitié des molécules, à température constante. La pression :
- A. est divisée par 2
- B. ne change pas, T étant constante
- C. est multipliée par 2
- D. est divisée par 4
Réponse
A. est divisée par 2 — Deux fois moins de molécules par unité de volume, même agitation : deux fois moins de chocs par seconde sur chaque unité de surface de paroi, la pression est divisée par 2.
Une paroi de 0,50 m² sépare de l’eau à 1,30 × 10⁵ Pa et de l’air à 1,00 × 10⁵ Pa. La force résultante exercée sur la paroi vaut :
- A. 6,5 × 10⁴ N
- B. 1,15 × 10⁵ N
- C. 1,5 × 10⁴ N
- D. 6,0 × 10⁴ N
Réponse
C. 1,5 × 10⁴ N — Les deux forces pressantes sont de sens opposés : F = (p₁ − p₂) × S = 0,30 × 10⁵ × 0,50 = 1,5 × 10⁴ N, dirigée de l’eau vers l’air.
Lors d’un test de la loi fondamentale, la droite p = f(h) a pour coefficient directeur 1,03 × 10⁴ Pa·m⁻¹ (g = 9,81 N·kg⁻¹). Le liquide a pour masse volumique :
- A. 1,01 × 10⁵ kg·m⁻³
- B. 1,05 × 10³ kg·m⁻³
- C. 1,03 × 10⁴ kg·m⁻³
- D. 952 kg·m⁻³
Réponse
B. 1,05 × 10³ kg·m⁻³ — Le coefficient directeur vaut ρ × g : ρ = 1,03 × 10⁴ ÷ 9,81 ≈ 1,05 × 10³ kg·m⁻³.
Deux réservoirs d’eau reliés par le bas sont fermés : l’air au-dessus de l’un est à 1,2 bar, au-dessus de l’autre à 1,0 bar. Les surfaces libres :
- A. sont au même niveau
- B. la plus haute est sous 1,2 bar, d’environ 2 m
- C. la plus haute est sous 1,0 bar, d’environ 20 cm
- D. la plus haute est sous 1,0 bar, d’environ 2 m
Réponse
D. la plus haute est sous 1,0 bar, d’environ 2 m — Au niveau de la surface la plus basse, la pression est la même dans les deux réservoirs : 0,2 × 10⁵ Pa = ρ × g × Δh, d’où Δh ≈ 2 m, la surface sous la plus faible pression étant la plus haute. Les vases communicants supposent la même pression au-dessus des surfaces.
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