À propos de cette page
Ce cours de physique en cinquième sur « Pression dans les fluides » suit le programme officiel de physique de cinquième. Il présente les définitions, les propriétés et les méthodes essentielles, accompagnées d'exemples résolus pour bien comprendre. Au programme : Qu'est-ce qu'un fluide ?, La notion de pression, Unité de pression : le pascal, La pression atmosphérique. Chaque notion est expliquée pas à pas, puis mise en pratique grâce à des exercices interactifs, un QCM et une évaluation corrigée. Idéal pour réviser à son rythme, combler ses lacunes et progresser, en autonomie ou avec un professeur. Cours rédigé par un professeur particulier à Marseille pour aider les élèves de cinquième à réussir en physique.
Au programme
1 · Qu'est-ce qu'un fluide ?
2 · La notion de pression
3 · Unité de pression : le pascal
4 · La pression atmosphérique
5 · Pression dans un liquide au repos
6 · Transmission de la pression dans un fluide
7 · Applications et exemples du quotidien
1Qu'est-ce qu'un fluide ?
Un fluide est une substance qui peut s'écouler et prendre la forme du récipient qui le contient. Les fluides regroupent :
- les liquides (eau, huile, mercure…), qui ont un volume propre mais pas de forme propre ;
- les gaz (air, vapeur d'eau…), qui n'ont ni volume ni forme propres.
Définition. Un fluide est une matière (liquide ou gaz) capable de s'écouler. Il exerce une pression sur toutes les surfaces en contact avec lui.
En physique au collège, on étudie principalement la pression exercée par l'atmosphère (gaz) et par l'eau (liquide).
2La notion de pression
Quand un fluide appuie sur une surface, il exerce une force sur cette surface. La pression mesure comment cette force est répartie sur la surface.
Définition. La pression P exercée sur une surface est le rapport entre la force F perpendiculaire à cette surface et son aire S :
P = F / S
avec F en newtons (N), S en mètres carrés (m²) et P en pascals (Pa).
Exemple. Un objet exerce une force de 20 N sur une surface de 0,4 m². La pression est : P = 20 / 0,4 = 50 Pa.
Astuce. Plus la surface est petite, plus la pression est grande pour la même force : c'est pourquoi une aiguille perce facilement la peau (petite surface = grande pression).
3Unité de pression : le pascal
L'unité légale de pression dans le Système International est le pascal, de symbole Pa.
Définition. 1 Pa = 1 N/m². Un pascal correspond à une force d'un newton exercée uniformément sur une surface d'un mètre carré.
On utilise aussi des multiples :
| Unité | Valeur | Usage courant |
|---|
| Pascal (Pa) | 1 Pa | Mesures précises en physique |
| Hectopascal (hPa) | 100 Pa | Météorologie |
| Bar | 100 000 Pa | Pneus, plongée |
| Atmosphère (atm) | ≈ 101 325 Pa | Pression atmosphérique de référence |
Attention ! Ne pas confondre la pression (Pa) avec la force (N). La pression tient compte de la surface sur laquelle la force est appliquée.
4La pression atmosphérique
L'atmosphère terrestre est une épaisse couche de gaz qui entoure la Terre. Cette couche de gaz a une masse et, sous l'effet de la pesanteur, elle exerce une pression sur toutes les surfaces à la surface de la Terre : c'est la pression atmosphérique.
Pression atmosphérique au niveau de la mer. Sa valeur standard est :
Patm ≈ 101 325 Pa ≈ 1 013 hPa ≈ 1 atm
Cela représente une force d'environ 10 N par cm² !
La pression atmosphérique :
- diminue avec l'altitude (moins de gaz au-dessus) ;
- varie légèrement selon la météo (anticyclone → haute pression, dépression → basse pression) ;
- est mesurée avec un baromètre.
Exemple. Au sommet de l'Everest (~8 850 m), la pression atmosphérique est d'environ 33 700 Pa, soit seulement un tiers de la pression au niveau de la mer. C'est pourquoi les alpinistes utilisent des bouteilles d'oxygène.
Astuce. La pression atmosphérique agit dans toutes les directions (vers le bas, vers le haut, latéralement). C'est ce qui permet aux ventouses de tenir aux murs !
5Pression dans un liquide au repos
Dans un liquide au repos, la pression augmente avec la profondeur. Plus on descend, plus il y a de liquide au-dessus, plus la force exercée est grande.
Loi de la pression hydrostatique. À une profondeur h dans un liquide de masse volumique ρ (rho), la surpression due au liquide est :
ΔP = ρ × g × h
avec ρ en kg/m³, g = 9,8 N/kg (intensité de la pesanteur), h en m, ΔP en Pa.
La pression totale est : P = Psurface + ρ × g × h
Valeurs de masse volumique utiles :
| Liquide | Masse volumique (kg/m³) |
|---|
| Eau douce | 1 000 |
| Eau de mer | 1 025 |
| Mercure | 13 600 |
Exemple. À 10 m de profondeur dans l'eau douce :
ΔP = 1 000 × 9,8 × 10 = 98 000 Pa ≈ 1 atm.
La pression totale est Patm + 98 000 ≈ 199 325 Pa ≈ 2 atm.
Attention ! La pression dans un liquide ne dépend que de la profondeur (et de la nature du liquide), pas de la taille ou de la forme du récipient.
6Transmission de la pression dans un fluide
Une propriété fondamentale des fluides est qu'ils transmettent la pression dans toutes les directions. C'est ce qu'exprime le principe de Pascal (physicien français du XVIIe siècle).
Principe de Pascal. Toute variation de pression exercée en un point d'un fluide incompressible au repos se transmet intégralement et dans toutes les directions à tous les points du fluide.
Ce principe a de nombreuses applications technologiques :
- Frein hydraulique : une petite force sur la pédale se traduit par une grande force sur les plaquettes de frein grâce aux pistons de sections différentes.
- Cric hydraulique : soulever une voiture avec un petit effort.
- Presse hydraulique : comprimer des matériaux.
Exemple. Dans un système hydraulique : si on applique une pression de 500 Pa sur le petit piston, le grand piston reçoit exactement 500 Pa de pression supplémentaire. Mais si le grand piston a une surface 10 fois plus grande, il exercera une force 10 fois plus grande !
7Applications et exemples du quotidien
La notion de pression dans les fluides explique de nombreux phénomènes de la vie courante :
- Douleur aux oreilles en plongée : la pression augmente avec la profondeur et appuie sur le tympan.
- Barrage : les murs d'un barrage sont plus épais à la base car la pression de l'eau y est maximale.
- Piqûre d'aiguille : petite surface → grande pression → pénétration facile.
- Ventouse : suppression de pression à l'intérieur → la pression atmosphérique maintient la ventouse contre la surface.
- Pneu de vélo : l'air comprimé dans le pneu est à une pression de 3 à 9 bar.
- Sous-marin : la coque doit résister à des pressions très élevées (plusieurs centaines de bars).
Astuce. Pour mémoriser la formule P = ρ × g × h, pense à « rho g h » : Rien de Grand, Hourra ! L'essentiel est de retenir que la pression croît avec la profondeur.
Exemple concret à Marseille. Lors d'une plongée en apnée dans les calanques, à 5 m de profondeur dans l'eau de mer (ρ = 1 025 kg/m³) :
ΔP = 1 025 × 9,8 × 5 ≈ 50 225 Pa ≈ 0,5 atm.
La pression totale est environ 1,5 fois la pression atmosphérique.
★À retenir
À retenir :
• Un fluide est un liquide ou un gaz qui s'écoule et exerce une pression sur les surfaces.
• La pression est le rapport de la force sur la surface : P = F / S, elle s'exprime en pascals (Pa).
• La pression atmosphérique au niveau de la mer est d'environ 101 325 Pa ≈ 1 013 hPa.
• Dans un liquide, la pression augmente avec la profondeur : P = Psurface + ρ × g × h.
• La pression dans un liquide ne dépend pas de la forme du récipient, seulement de la profondeur et de la nature du liquide.
• Le principe de Pascal : toute variation de pression se transmet dans toutes les directions dans un fluide.