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Vidéo de question : Lubrification d’un cylindre avec un mouvement alternatif vertical Physique

Un piston subit un mouvement alternatif vertical à l’intérieur d’un cylindre dans un moteur, comme le montre le schéma. Là où il y a un contact entre le piston et le cylindre, un frottement a lieu. Le frottement peut être réduit en enduisant le cylindre d’un fluide lubrifiant. Si le fluide lubrifiant utilisé a une faible viscosité, lequel des énoncés suivants explique le plus correctement pourquoi les parties du cylindre ne conserveront pas une lubrification suffisante ? [A] Le lubrifiant adhère principalement à la face supérieure du cylindre. [B] Le lubrifiant adhère principalement à la face inférieure du cylindre. [C] Le lubrifiant s’écoulera plus vers le centre du piston que dans le sens opposé. [D] Le lubrifiant s’écoulera de l’extrémité ouverte du cylindre vers l’extrémité fermée du cylindre plus que dans le sens opposé. [E] Le lubrifiant s’écoulera de l’extrémité fermée du cylindre vers l’extrémité ouverte du cylindre plus que dans le sens opposé.

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Transcription de vidéo

Un piston subit un mouvement alternatif vertical à l’intérieur d’un cylindre dans un moteur, comme le montre le schéma. Là où il y a un contact entre le piston et le cylindre, un frottement a lieu. Le frottement peut être réduit en enduisant le cylindre d’un fluide lubrifiant. Si le fluide lubrifiant utilisé a une faible viscosité, lequel des énoncés suivants explique le plus correctement pourquoi les parties du cylindre ne conserveront pas une lubrification suffisante ? (A) Le lubrifiant adhère principalement à la face supérieure du cylindre. (B) Le lubrifiant adhère principalement à la face inférieure du cylindre. (C) Le lubrifiant s’écoulera vers le centre du piston plus que dans le sens opposé. (D) Le lubrifiant s’écoulera de l’extrémité ouverte du cylindre vers l’extrémité fermée du cylindre plus que dans le sens opposé. (E) Le lubrifiant s’écoulera de l’extrémité fermée du cylindre vers l’extrémité ouverte du cylindre plus que dans le sens opposé.

En regardant notre schéma, nous voyons ici ce cylindre avec un piston qui monte et descend à l’intérieur. Sur son périmètre, le piston est en contact avec les parois du cylindre, et on nous dit que lorsque le piston se déplace, un frottement a lieu. Pour minimiser ce frottement, un lubrifiant, par exemple de l’huile de moteur, est introduite dans le cylindre. On ne nous dit pas précisément quel est le lubrifiant, mais on nous dit qu’il a une faible viscosité. Un exemple de fluide ayant une viscosité assez faible est l’eau. L’eau a une très faible résistance à l’écoulement, tout comme le lubrifiant que nous utilisons. Nous voulons choisir laquelle de nos cinq options de réponse décrit pourquoi ce lubrifiant à faible viscosité ne lubrifie pas toutes les parties de ce système de manière efficace.

En commençant par le haut de notre liste, notez que les choix de réponse (A) et (B) indiquent que le lubrifiant adhère à une surface. Comme on nous dit que le lubrifiant utilisé est de faible viscosité, nous savons qu’il aura tendance à ne pas adhérer aux surfaces. Cela ne serait possible que pour un lubrifiant à haute viscosité. Cela signifie que nous pouvons barrer les choix de réponse (A) et (B). Le choix (C) indique que le lubrifiant aura tendance à s’écouler plus vers le centre du piston que dans l’autre sens. En regardant le cylindre et le piston, nous voyons qu’il n’y a aucune raison pour que cela soit le cas. Il n’y a rien sur la forme de ce système qui ferait que le lubrifiant aille vers le centre du piston.

Nous pouvons également barrer le choix de réponse (C). Le choix (D) dit que le lubrifiant coulera de l’extrémité ouverte du cylindre, c’est cette extrémité ici, vers l’extrémité fermée, c’est cette extrémité en bas, et que son mouvement global dans ce sens, de haut en bas, sera plus important que le mouvement du lubrifiant de bas en haut. Pour avoir une idée de la pertinence de cette explication, imaginez verser une tasse d’eau dans l’extrémité ouverte du cylindre. En raison de la gravité, nous savons que cette eau aura tendance à se déplacer vers l’extrémité fermée, le fond du cylindre.

Et puis, le fait que l’eau soit un fluide à faible viscosité signifie que lorsque le piston se déplace de haut en bas, il est peu probable qu’il amène une grande partie de l’eau vers le haut. Par conséquent, nous nous attendrions à ce que le mouvement global de cette eau, que nous pouvons considérer comme un lubrifiant, soit davantage de l’extrémité ouverte vers l’extrémité fermée du cylindre. Le choix de réponse (D) semble être notre réponse. Mais juste pour confirmer que c’est le cas, examinons le choix (E).

Ce choix indique que le lubrifiant aura tendance à couler de l’extrémité fermée du cylindre, c’est-à-dire cette extrémité en bas, vers l’extrémité ouverte, l’extrémité en haut, plus que dans l’autre sens. Le choix de réponse (E) indique que le lubrifiant tendra à se déplacer vers le haut contre la force de gravité plus que vers le bas. En pensant à verser un fluide de faible viscosité dans le cylindre, tel que de l’eau, nous voyons que cela ne se produira pas. Au lieu de cela, le mouvement global d’un lubrifiant à faible viscosité sera dans le sens indiqué dans le choix de réponse (D).

Nous choisissons donc la réponse (D). La raison pour laquelle toutes les parties de ce système ne sont pas suffisamment lubrifiées est que le lubrifiant s’écoulera de l’extrémité ouverte du cylindre vers l’extrémité fermée du cylindre plus que dans le sens opposé.

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