Physique-Chimie Terminale Spécialité
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Préparation aux épreuves du Bac
1. Constitution et transformations de la matière
Ch. 1
Modélisation des transformations acide-base
Ch. 2
Analyse physique d'un système chimique
Ch. 3
Méthode de suivi d'un titrage
Ch. 4
Évolution temporelle d'une transformation chimique
Ch. 5
Évolution temporelle d'une transformation nucléaire
BAC
Thème 1
Ch. 6
Évolution spontanée d'un système chimique
Ch. 7
Équilibres acide-base
Ch. 8
Transformations chimiques forcées
Ch. 9
Structure et optimisation en chimie organique
Ch. 10
Stratégies de synthèse
BAC
Thème 1 bis
2. Mouvement et interactions
Ch. 11
Description d'un mouvement
Ch. 12
Mouvement dans un champ uniforme
Ch. 13
Mouvement dans un champ de gravitation
Ch. 14
Modélisation de l'écoulement d'un fluide
BAC
Thème 2
3. Conversions et transferts d'énergie
Ch. 15
Étude d’un système thermodynamique
Ch. 16
Bilans d'énergie thermique
BAC
Thème 3
4. Ondes et signaux
Ch. 17
Propagation des ondes
Ch. 18
Interférences et diffraction
Ch. 19
Lunette astronomique
Ch. 20
Effet photoélectrique et enjeux énergétiques
Ch. 21
Évolutions temporelles dans un circuit capacitif
BAC
Thème 4
Annexes
Ch. 22
Méthode
Chapitre 14
Activité 3 - Activité expérimentale
90 min

Loi de Torricelli

Objectif : Exploiter la conservation du débit volumique pour déterminer la vitesse d'un fluide incompressible.
Problématique de l'activité
Les horloges à eau, ou clepsydres, existent depuis au moins 5 000 ans. Leur principe de fonctionnement n'a pourtant été compris qu'à partir du XVIIe siècle grâce aux travaux de Torricelli.

Comment mesurer la vitesse d'un écoulement ?

Doc. 1
Matériel nécessaire

  • Caméra ou téléphone portable
  • Balance
  • Chronomètre
  • Règle
  • Feuille quadrillée
  • Bouteille (de préférence L) avec graduations grossières et petit trou percé sur le côté, à cm du fond
  • Éponge

Doc. 2
Conservation du débit

Le débit volumique s'écrit :



 : débit volumique (m3·s-1)
 : volume d'eau écoulé (m3)
 : temps (s)
 : vitesse d'écoulement du fluide (m·s-1)
 : surface traversée par le fluide (m2)

Le débit volumique se conserve dans un écoulement de fluide incompressible. Dès lors, on peut écrire :



et  : vitesses d'écoulement (m·s-1)
et  : surfaces traversées (m2)

Doc. 3
Photographie de l'expérience


Photographie de l'expérience - Montage complet
Le zoom est accessible dans la version Premium.
Crédits : lelivrescolaire.fr

Photographie a : Montage complet.

Photographie de l'expérience - Zoom sur le cristallisoir
Le zoom est accessible dans la version Premium.
Crédits : lelivrescolaire.fr

Photographie b : Zoom sur le cristallisoir.

Supplément numérique

Temps (s)Masse (g)Hauteur (m)

Questions
REA : Mettre en œuvre un protocole
REA/MATH : Dériver
VAL : Analyser des résultats
Compétence(s)
1. Déclencher le chronomètre au moment où la bouteille commence à se vider, puis :
a. mesurer en fonction du temps la masse d'eau écoulée et la hauteur d'eau dans la bouteille (au moins mesures) ;

b. rassembler les valeurs mesurées dans un tableau ;

c. photographier la trajectoire de l'eau pour 5 dates différentes, régulièrement espacées.

2. Exprimer le volume d'eau dans la bouteille en fonction de sa section et de la hauteur d'eau. Justifier à l'aide de la définition du débit que l'on peut écrire .

3. En mesurant approximativement le diamètre du trou, utiliser la conservation du débit volumique pour calculer la vitesse en sortie du trou. Tracer en fonction de , puis en fonction de .

4. À l'aide d'un logiciel d'acquisition, déterminer une équation de la forme pour chaque trajectoire photographiée. Vérifier sa validité avec les mesures de la question 2.
Synthèse de l'activité
Illustrer la conservation du débit volumique en recherchant des applications courantes.

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