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Vidéo de question : Identifier la zone la plus stable du flux d’un fluide Physique

La figure montre l’écoulement d’un fluide devant un obstacle circulaire. Les lignes grises représentent la direction de l’écoulement du fluide. La région noire représente un obstacle solide à l’écoulement. Dans laquelle des quatre régions à l’intérieur des lignes en pointillés, le flux de fluide est-il le plus stable ? [A] Région I [B] Région II [C] Région III [D] Région IV

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Transcription de vidéo

La figure montre l’écoulement d’un fluide devant un obstacle circulaire. Les lignes grises représentent la direction de l’écoulement du fluide. La région noire représente un obstacle solide à l’écoulement. Dans laquelle des quatre régions à l’intérieur des lignes en pointillés, le flux de fluide est-il le plus stable ?

Commençons par rappeler brièvement ce qu’on cherche dans un écoulement de fluide plus stable. Tout d’abord, rappelons qu’un écoulement régulier est l’inverse d’un écoulement turbulent. La turbulence est caractérisée par un fluide qui change de vitesse et de direction plus qu’un flux constant. Rappelons que ces lignes grises dans le diagramme appelé lignes d’écoulement, ou lignes de courant, illustrent le mouvement des différentes couches du fluide. Rappelons également que les différentes couches du fluide exercent des forces les unes sur les autres comme une sorte de frottement. Ainsi, les lignes d’écoulement incurvées indiquent un changement de direction et également une variation de vitesse car les différentes couches du fluide se heurtent et se mélangent. D’autre part, un écoulement régulier dans lequel le fluide a une vitesse et une direction plus constantes est représenté par des lignes d’écoulement plus régulières. Fondamentalement, moins les lignes de flux sont chaotiques, moins le flux est turbulent.

Ensuite, il nous reste à déterminer si le flux indiqué dans les régions I, II, III ou IV est le moins turbulent ou le plus stable. Et on doit se rappeler qu’on décrit le fluide qualitativement. On doit donc simplement pouvoir discerner en se basant sur ce qu’on sait à propos de l’écoulement régulier par rapport à un écoulement turbulent. Ici, les quatre régions montrent un certain degré de turbulence. Utilisons donc le processus d’élimination en identifiant d’abord les régions les plus agitées. On dirait que la région I contient les courbes les plus extrêmes, et remarquons également que les couches de fluide sont en quelque sorte regroupées près du bas de la région. Ce sont de bons indicateurs de la turbulence et non de la stabilité, éliminons donc I.

On peut voir les mêmes caractéristiques de turbulence dans la région IV. Les lignes sont vraiment ondulées, et elles se rapprochent assez dans le coin ici en bas à droite, éliminons donc également IV. Enfin, II et III peuvent sembler plus similaires, mais la région II contient des lignes plus incurvées, qui sont également orientées selon un angle plus extrême par rapport à la direction générale de l’écoulement du fluide dans la figure. En revanche, les lignes dans la région III ne sont que légèrement incurvées, donc elle semble être plus stable que la région II et bien sûr les régions I et IV. Ainsi, nous avons vu comment la région III est la moins turbulente ou la région avec le flux de fluide le plus stable.

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