La pression et la pression atmosphérique

1. Verticalement vers le bas, perpendiculairement à la table.

2. Horizontalement, perpendiculairement à la paroi.

3. Verticalement vers le haut, perpendiculairement au plafond. Une force pressante suit l'orientation de la surface, pas celle de la verticale.

1. $p={\displaystyle \frac{100}{2}}=50$ Pa.

2. $p={\displaystyle \frac{600}{0,5}}=1200$ Pa.

3. $p={\displaystyle \frac{50}{0,01}}=5000$ Pa.

1. $101300$ Pa.

2. $200000$ Pa.

3. $5000$ Pa.

4. $98000$ Pa.

1. $1000$ hPa.

2. $1000$ hPa.

3. $950$ hPa.

1. Faux. Elle se mesure en pascals ; le newton est l'unité de force.

2. Vrai. De haut en bas, de bas en haut et latéralement.

3. Vrai. C'est tout le principe de la punaise.

4. Faux. C'est l'air extérieur qui pousse.

1. Quand on appuie sur la pointe.

2. Non, elle est identique dans les deux cas.

3. L'aire de la surface pressée, minuscule à la pointe, donc la pression, bien plus grande.

1. Le baromètre.

2. Le manomètre.

3. Environ $1013$ hPa, soit $101300$ Pa, soit à peu près $1$ bar.

1. $F=p\times S=2000\times 0,3=600$ N.

2. $F=500\times 4=2000$ N.

1. Ils répartissent le même poids sur une grande surface, donc la pression exercée sur la neige est faible.

2. Son fil présente une surface minuscule, donc la même force y produit une pression bien plus grande.

3. Les chenilles offrent une grande surface de contact avec le sol meuble, ce qui abaisse la pression et évite l'enlisement.

1. Elle diminue.

2. Parce qu'il reste moins d'air au-dessus : la colonne d'air qui pèse est plus courte.

3. Il gonfle : la pression de l'air enfermé n'a pas changé, mais la pression extérieure a baissé, donc le sachet se dilate.

1. $1$ m${}^2=10000$ cm${}^2$, donc $200$ cm${}^2=0,02$ m${}^2$.

2. $p={\displaystyle \frac{80}{0,02}}=4000$ Pa.

3. $4000÷100=40$ hPa.

1. À plat : ${\displaystyle \frac{30}{0,03}}=1000$ Pa. Sur la tranche : ${\displaystyle \frac{30}{0,005}}=6000$ Pa.

2. Sur la tranche, où la pression est la plus grande.

3. Par six, ce qui est exactement le rapport des deux surfaces, la force étant inchangée.

1. Chaussures plates : ${\displaystyle \frac{500}{0,04}}=12500$ Pa. Talons aiguilles : ${\displaystyle \frac{500}{0,0002}}=2500000$ Pa.

2. Éléphant : ${\displaystyle \frac{40000}{0,4}}=100000$ Pa.

3. Une personne sur talons aiguilles exerce une pression vingt-cinq fois plus grande qu'un éléphant, tout en pesant quatre-vingts fois moins. Ce n'est jamais la force seule qui décide, c'est son rapport à la surface.

1. La pression intérieure est devenue plus faible que la pression extérieure, qui vaut toujours environ $1013$ hPa.

2. L'air extérieur, qui pousse sur toute la surface de la bouteille et n'est plus compensé de l'intérieur. Ce n'est pas le vide qui tire.

3. L'air rentre, les deux pressions s'égalisent, et la bouteille reprend sa forme.

1. On diminue la pression de l'air à l'intérieur de la paille.

2. L'air extérieur qui appuie sur la surface du liquide dans le verre : il pousse le liquide vers la zone de plus faible pression, donc vers le haut de la paille.

3. Non, pas dans un verre ouvert : sans atmosphère, rien n'appuie sur la surface du liquide, donc rien ne le pousse dans la paille. Il faudrait un récipient sous pression, ce qui est exactement la solution retenue dans les combinaisons spatiales.

1. $2,2\times 100000=220000$ Pa, soit $2200$ hPa.

2. Supérieure : $2200$ hPa contre environ $1013$ hPa, soit plus du double.

3. Sous-gonflé, le pneu s'aplatit et la surface de contact avec la route s'étale vers les bords, qui supportent alors l'essentiel du frottement. La pression au sol diminue mais la répartition devient très inégale.

1. $102500$ Pa et $99500$ Pa.

2. $1025$ hPa, puisque la valeur normale est de $1013$ hPa.

3. Une pression élevée annonce en général un temps sec et stable, une pression basse un temps perturbé, avec vent et précipitations.

1. Il est divisé par deux.

2. Elle augmente, et le manomètre l'indique aussitôt : à quantité de gaz constante, réduire le volume augmente la pression.

3. Le volume augmente, donc la pression diminue et passe sous la pression atmosphérique. C'est exactement ce qui se produit dans une paille quand on aspire.

1. $S={\displaystyle \frac{F}{p}}={\displaystyle \frac{900}{3000}}=0,3$ m${}^2$.

2. $0,3\times 10000=3000$ cm${}^2$.

3. Il faudrait une surface trois fois plus grande, soit $0,9$ m${}^2$, la force restant la même.

1. $F=p\times S=100000\times 0,002=200$ N, soit l'équivalent du poids d'une masse de $20$ kg.

2. Non. Elle ne dépend que de la pression atmosphérique et de la surface : c'est l'air qui plaque, pas la ventouse qui colle.

3. Parce que les aspérités laissent passer l'air, qui revient sous la ventouse. Les deux pressions s'égalisent et rien ne la maintient plus.

1. $200$ Pa, $2000$ Pa et $20000$ Pa.

2. Chaque fois que la surface est divisée par dix, la pression est multipliée par dix.

3. Non, c'est l'inverse : la pression est inversement proportionnelle à la surface, à force constante. Le graphique correspondant n'est pas une droite passant par l'origine, contrairement à celui de la masse en fonction du volume.

1. $F=100000\times 0,006=600$ N.

2. $F=60000\times 0,006=360$ N.

3. L'écart vaut $600-360=240$ N, soit l'équivalent du poids d'une masse de $24$ kg. C'est pour cela qu'on perce le couvercle ou qu'on le chauffe : dès que l'air rentre, les deux pressions s'égalisent et le bocal s'ouvre sans effort.

1. Remplir entièrement un verre d'eau, poser dessus une feuille de papier rigide, plaquer la feuille avec la main, retourner le verre puis lâcher la feuille. Elle reste en place et l'eau ne tombe pas.

2. Il faut comparer les pressions de part et d'autre de la feuille : au-dessous, l'air pousse vers le haut avec la pression atmosphérique ; au-dessus, il n'y a que l'eau et une très faible quantité d'air. La poussée de l'air l'emporte, donc la feuille tient. C'est cette comparaison qui constitue la preuve.

3. Parce qu'une observation seule est compatible avec plusieurs explications : la feuille pourrait tenir parce qu'elle est mouillée et collée au bord du verre. Une expérience ne prouve une idée que si l'on montre que les autres explications ne rendent pas compte du résultat, par exemple en refaisant l'essai avec un verre plus large, où l'effet du collage serait négligeable.

1. Il a utilisé la surface en centimètres carrés alors que la formule exige des mètres carrés pour donner des pascals.

2. $500$ cm${}^2=500÷10000=0,05$ m${}^2$, donc $p={\displaystyle \frac{250}{0,05}}=5000$ Pa.

3. Son résultat était dix mille fois trop petit, soit exactement le facteur entre le mètre carré et le centimètre carré. Un ordre de grandeur suffisait d'ailleurs à le repérer : $0,5$ Pa est deux cent mille fois plus faible que la pression atmosphérique, ce qui est invraisemblable pour une force de $250$ N.

1. Parce que ce n'est pas la quantité d'eau qui compte, mais la hauteur de la colonne d'eau au-dessus des parois. Un tube long, même étroit, crée une colonne haute, donc une pression importante au fond.

2. La pression exercée sur les parois du tonneau. Appliquée à la grande surface intérieure du tonneau, elle produit une force totale considérable, capable de faire céder les douves.

3. La masse d'eau ajoutée, qui tient dans quelques verres. C'est le paradoxe de l'expérience : ce n'est pas ce qu'on ajoute qui casse le tonneau, c'est la pression que cet ajout crée, et la pression ne dépend pas de la quantité mais de la hauteur.

1. $500$ m représentent cinq tranches de $100$ m, donc une baisse de $5\times 12=60$ hPa : environ $1013-60=953$ hPa.

2. $4167$ m représentent environ $41,7$ tranches, donc une baisse de $41,7\times 12\approx 500$ hPa : environ $1013-500=513$ hPa.

3. Non, pas exactement. Cette règle est une approximation valable près du sol : plus haut, l'air est déjà moins dense, donc chaque tranche de $100$ m contient moins d'air et fait perdre moins de pression. La valeur réelle au sommet du Toubkal est plutôt de l'ordre de $600$ hPa. L'estimation reste utile pour donner un ordre de grandeur, à condition de savoir qu'elle surestime la baisse en altitude.

1. $1$ bar d'atmosphère plus $2$ bar dus aux $20$ m d'eau, soit $3$ bar au total.

2. En remontant, la pression est divisée par trois, donc le volume est multiplié par trois environ : la bulle atteint environ $90$ cm${}^3$. C'est la même explication que celle du chapitre sur les états de la matière.

3. Parce que l'air contenu dans ses poumons subirait la même dilatation. En bloquant sa respiration, il empêcherait cet air de s'échapper, et le volume triplé déchirerait le tissu pulmonaire. La règle de sécurité est donc d'expirer continûment pendant la remontée.

1. A : ${\displaystyle \frac{800}{0,05}}=16000$ Pa. B : ${\displaystyle \frac{800}{0,8}}=1000$ Pa. C : la surface totale des pointes vaut $2000\times 0,000001=0,002$ m${}^2$, donc ${\displaystyle \frac{800}{0,002}}=400000$ Pa.

2. Parce que le poids se répartit sur deux mille pointes : la pression, bien que vingt-cinq fois supérieure à celle de la position debout, reste inférieure à celle qui perce la peau. Ce n'est pas la finesse des pointes qui protège, c'est leur nombre.

3. Avec un seul clou, toute la force de $800$ N s'appliquerait sur $0,000001$ m${}^2$, soit une pression de $800000000$ Pa, huit mille fois la pression atmosphérique. Le clou traverserait sans résistance. Le lit de clous n'est donc pas un tour d'adresse, c'est une division de la pression par le nombre de points d'appui.

Phrase 1. Le vide ne peut rien aspirer, puisqu'il n'y a rien pour exercer une force. C'est l'air extérieur, qui appuie sur la surface du liquide dans le verre, qui pousse le liquide vers la zone de faible pression.

Phrase 2. Rien ne colle : la ventouse tient parce que l'air a été chassé de dessous, si bien que la pression atmosphérique la plaque contre la vitre sans être compensée de l'autre côté.

Phrase 3. Elle est au contraire très forte, environ $100000$ Pa, soit $10$ N par centimètre carré. On ne la sent pas parce qu'elle s'exerce également dans toutes les directions et qu'elle est compensée de l'intérieur du corps.

3. Les trois erreurs consistent à oublier de comparer les deux côtés d'une paroi. Une pression seule n'explique jamais rien : c'est toujours une différence de pression qui produit un mouvement, et une pression égale des deux côtés ne produit aucun effet, si grande soit-elle.

1. $1,8\times 100000=180000$ Pa, soit $1800$ hPa.

2. Vapeur : $F=180000\times 0,04=7200$ N. Air extérieur : $F=100000\times 0,04=4000$ N.

3. $7200-4000=3200$ N, soit l'équivalent du poids d'une masse de $320$ kg. C'est pourquoi le couvercle est verrouillé mécaniquement et ne doit jamais être forcé.

4. La soupape laisse échapper de la vapeur dès que la pression dépasse la valeur prévue. Elle limite la pression intérieure, ce qui empêche la force calculée ci-dessus de croître indéfiniment. Sans elle, l'appareil finirait par céder.

5. Parce que l'eau y bout à $118$ °C au lieu de $100$ °C : les aliments cuisent donc dans un liquide plus chaud, ce qui accélère nettement la cuisson. La température d'ébullition d'un corps pur n'est pas une constante absolue, elle dépend de la pression, ce que le chapitre sur les changements d'état reprendra.