SOS physique-chimie

Bonjour,
J'ai actuellement un exercice sur lequel je bloque et j'aimerais donc avoir quelques explications : ce dernier porte sur l'expérience d'Otto von Guericke, les hémisphères de Magdebourg. On nous explique alors cette expérience et décidons de la faire en classe avec une cloche à vide. Ainsi après avoir aspiré au maximum l'air contenu dans cette cloche, on mesure la pression à l'intérieur d'environ P = 2.0 mm de mercure. On soulève la cloche et le socle reste "collé".

Questions :
1) A quelle pression, exprimée dans l'unité légale, correspondent 2 mm de mercure? ( Données : 760mm de mercure = 1.013*10^5 Pa).
=> on effectue les produits en croix et j'ai trouvé 266.6 Pa

2) Le diamètre du socle est d = 35cm et la pression atms vaut 1013hPa.
a) Caractériser les forces pressantes agissant sur le socle et calculer la valeur de la force qui en résulte.
=> Que veulent-ils dire par "Caractériser les forces pressantes"? Si je dis : "Puisque l'air est pesant, il peut grace à la gravité exercer une force. En faisant le vide à l'intérieur de la cloche, on permet à la pression atms de s'exercer sur celle-ci. Ainsi c'est pour cela que le socle reste "collé", la pression à l'intérieur étant beaucoup plus faible" je réponds à la question?

Pour calculer la valeur de la force, on utilise la formule P=F/S mais F vaut combien? 101 300 N/m²? et S = 962 cm²?

b) Quelle est la masse dont le poids a cette valeur?
=> la question précédente et celle-ci sont liées.

c) Calculer la valeur de la force exercée sur ce socle par l'air resté dans la cloche. Pourquoi le socle reste-il collé à la cloche?
=> Ici aussi la question présente un lien avec les précédentes. Mais je pense que pour la seconde partie, c'est parce que la pression de l'air à l'extérieur est beaucoup plus supérieure que celle à l'intérieure, elle "appuie" donc sur le socle.

Merci d'avance pour votre aide,
Robert

Bonjour Robert,

Pour la première question, pas de problème.

Pour la deuxième question, vous devez considérer 2 forces pressantes : celle exercée par l'air atmosphérique extérieur et celle exercée par l'air à faible pression à l'intérieur. Pour caractériser une force, il est toujours bon dse répondre à 4 questions : point d'application, direction, sens et intensité. Faites cette description pour chacune des deux forces.

Attention, vous écrivez :

Robert, seconde générale a écrit :Puisque l'air est pesant, il peut grace à la gravité exercer une force

Si ceci était vrai, la pression ne s'exercerait que vers le bas ! Ce n'est pas le cas, la pression est due aux chocs des molécules gazeuses en mouvement, et peut s'exercer dans toutes les directions. Effectivement, sans molécule, ni masse (air pesant) ni pression, mais cela ne signifie pas que l'un est la conséquence de l'autre.

En effet pour déterminer l'intensité F d'une force pressante, il faut utiliser la formule p = F/S. Faites ce calcul pour chacune des deux forces (pression atmosphérique et pression trouvée à la question 1) et vous aurez l'intensité de la force "résultante" (somme des deux précédentes). La surface S est bien de 962 cm2. Je vous conseille de la convertir en m2.

Pour la question 2-b, vous avez une force en N, et vous imaginez la masse nécessaire pour avoir un poids de même intensité (P = m*g).

Pour la question c, il me semble que nous y avons déjà répondu dans la question a.

En restant à votre disposition.

Bonjours SoS(12) et merci pour la rapidité de votre réponse

2a) Il existe 2 force pressantes : force exercée par l'atmosphère extérieure et la force à basse pression à l'intérieur.
Air atms extérieur : point d'application = Toutes les parois de la cloche
Direction : Toutes directions
Sens : Perpendiculaire à la paroi
Intensité : 1013 hPa

Air à basse pression intérieur : point d'application = Toutes les parois de la cloche
Direction : Toutes directions
Sens : Perpendiculaire à la paroi
Intensité : 266.6 Pa.

=> Je ne suis absolument pas sur de l'exactitude de ces réponses.

On a donc P=F/S avec F=1013 hPa (soit 101300 Pa) et S=0.0962 m², soit 1 053 014 N/m²

2b) On a p=m*g. On sait que P = 1 053 014N/m² et que g = 9.8N/kg. On a donc m = 107 450 kg (ca me parait excessif =S )

3) On calcule la pression à l'intérieur de la cloche : on obtient p=f/s avec f=266.6 et s=0.0962m², soit P=2771 N/m²
Le rapport P(atms extérieur)/P( faible pression intérieure) vaut donc 380.

Merci
Robert

Attention, vous allez vous concentrer sur les forces qui s'exercent sur la surface du socle. En dehors de la description complète des 2 forces, il faut se les représenter comme s'opposant l'une à l'autre de chaque côté de ce socle, perpendiculaires au socle comme vous l'avez très bien dit, et d'intensités différentes.

En ce qui concerne l'intensité de ces forces, elle s'expriment en Newton (N) comme toutes les intensités des forces. Vous connaissez lapression de chaque côté (en Pa), la surface (en m2), la formule P = F/S, vous pouvez donc correctement déterminer l'intensité F de chacune des deux forces. (Ne confondez pas intensité de la force et pression).
Ensuite, en soustrayant ces deux intensités, vous aurez l'intensité de la force fictive équivalente à ces deux forces (réflechissez à son sens).

Ensuite, vous pourrez effectivement trouver la valeur de la masse qui a le même poids (comme vous avez fait mais avec une intensité de force en N). Vous ne trouverez pas une valeur aussi grande que celle que vous avez trouvé, mais elle sera quand même importante ! Je vous rassure, votre conversion de S en m2 est correcte.

Pour la troisième question, j'en reste au précédent message.

En restant à votre disposition.

L'intensité F se calcule avec la formule F=P*S.
Soit F(atms extérieur)= 101300*0.0962 = 9745.06 N

et F(air intérieur) = 266.6*0.0962 = 25.65 N

On a donc F(atms extérieur)-F(air intérieur) = 9719.41
On a donc une pression extérieure beaucoup plus grande que celle à l'intérieur, c'est donc pour cela que le socle reste "collé".

Pour déterminer la masse
On a m=p/g avec p=9745.06 et g=9.8 soit m=994.39 kg

On peut donc calculer la valeur de cette force exercée sur ce socle par l'air resté dans la cloche : on a donc f(atms extérieur)/f(air intérieur) = 380.
Ainsi l'atmosphère extérieur est donc 380 plus importante que l'air resté a l'intérieur de la cloche, on explique alors que le socle reste "collé".

Est ce bon cette fois?
Merci.
Robert

Pour la première partie, je n'ai rien à dire, c'est très bien.

Pour la fin,

Robert, seconde générale a écrit :Ainsi l'atmosphère extérieur est donc 380 plus importante que l'air resté a l'intérieur de la cloche, on explique alors que le socle reste "collé".

Je préfère : la force exercée par l'air extérieur est 380 fois plus importante que la force ..., même si ça revient strictement au même.

Content de vous avoir été utile.

Encore une fois, merci beaucoup, votre aide m'a été très utile =)

En vous souhaitant une bonne soirée,
A bientot
Robert.