Transcription de la vidéo
L’appareil représenté sur la figure est utilisé pour mesurer la pression atmosphérique. L’appareil est amené à une altitude plus élevée au-dessus du niveau de la mer et la hauteur de la colonne de mercure est réduite de la longueur 𝑎. L’appareil est emmené plus loin au-dessus du niveau de la mer, et la hauteur de la colonne est réduite de la longueur 𝑏, où 𝑏 est égal à 𝑎. La flèche marquée Δℎ représente l’augmentation de l’altitude de l’appareil qui produit la réduction initiale de la hauteur de la colonne. Laquelle des trois flèches en question représente le plus correctement l’augmentation de l’altitude de l’appareil qui produit la deuxième réduction de la hauteur de la colonne ? La température de l’appareil et de l’air est maintenue constante à toutes les altitudes auxquelles la hauteur de la colonne est mesurée. (A) Flèche I, (B) flèche II, (C) flèche III.
Au bas de notre figure, nous voyons ces trois flèches à côté d’une quatrième flèche étiquetée Δℎ. La longueur de la flèche marquée Δℎ représente une variation de l’altitude de notre appareil de mesure. Cet appareil de mesure est rempli de mercure et sert à mesurer la pression atmosphérique. La hauteur de mercure dans la colonne indique cette pression, et plus la colonne est élevée, plus la pression atmosphérique est élevée. Si nous commençons avec cet appareil au niveau de la mer, la hauteur de la colonne de mercure atteint ici, comme indiqué dans ce premier schéma. Mais alors, si nous prenons l’appareil et l’élevons à une certaine hauteur Δℎ, à la suite de ce changement d’altitude, la pression atmosphérique diminue comme indiqué par la diminution de la hauteur de la colonne de mercure.
On nous dit que ce changement d’élévation de notre appareil de mesure se produit deux fois. La première fois que cela se produit, le mercure dans la colonne diminue d’une hauteur 𝑎. De là, l’appareil est ensuite élevé à une altitude encore plus élevée. Ce changement d’élévation fait baisser le mercure de la colonne d’une distance 𝑏, où on nous dit que 𝑏 est égal à 𝑎. Les trois flèches représentant nos options de réponse, la flèche I, la flèche II et la flèche III, nous montrent différentes possibilités de changement d’altitude que notre appareil subit pour cette deuxième réduction de la hauteur de la colonne de mercure. Nous pouvons voir que la flèche I est de la même longueur que Δℎ. En revanche, la flèche II est plus courte que Δℎ, et la flèche III est plus longue.
Ce que nous voulons comprendre, c’est lorsque nous élevons l’appareil la deuxième fois, devons-nous l’élever autant, moins ou plus que la première élévation, où, comme nous l’avons vu, le changement de hauteur de le mercure dans la colonne est le même pour chacune de ces deux élévations ? La réponse à cette question dépend de la variation de la pression atmosphérique avec l’altitude. En faisant de l’espace à l’écran, disons que nous représentons la pression atmosphérique en fonction de l’altitude au-dessus du niveau de la mer. La pression en un point de l’atmosphère est due au poids de la colonne d’air au-dessus de ce point, qui pèse sur celle-ci. Nous nous attendons alors qu’à zéro altitude, le niveau de la mer, notre valeur de pression sera à son maximum car la hauteur de la colonne d’air au-dessus de ce point est la plus grande possible.
Une façon dont la pression pourrait varier avec l’altitude est donc la suivante. Selon cette droite, la pression atmosphérique diminue progressivement pour une augmentation de l’altitude. Cette droite représenterait avec précision la pression atmosphérique en fonction de l’altitude si la densité de l’air dans l’atmosphère variait doucement. Si tel était le cas, alors nous nous attendrions à ce que nous devions élever notre appareil d’une quantité égale à Δℎ pour provoquer la même diminution de pression comme en témoigne notre appareil. Donc, c’est une façon dont la pression peut varier avec l’altitude.
Une autre façon, cependant, est si notre courbe de pression en fonction de l’élévation ressemblait à ceci. Selon cette courbe, pour une quantité donnée de changement d’élévation dans la basse atmosphère, nous verrions un changement relativement faible de la pression atmosphérique, alors que si nous devions changer cette altitude, mais dans la haute atmosphère, à une altitude plus élevée, alors la variation de pression correspondante serait relativement importante. Selon ce modèle, nous n’aurions pas besoin d’augmenter notre altitude autant la deuxième fois que la première fois afin de générer le même changement de pression atmosphérique.
Donc, ce sont deux modèles montrant comment la pression atmosphérique peut varier avec l’altitude. Si nous regardons bien notre croquis ici, nous voyons qu’il semble que la densité de l’atmosphère augmente rapidement lorsque nous nous rapprochons du niveau de la mer. Sur notre graphique, nous pourrions indiquer cette relation par cette courbe rose. Selon ce modèle, lorsque nous traversons le sommet de l’atmosphère, la pression ne change pas beaucoup. Mais alors, si nous nous déplaçons d’une distance égale dans la basse atmosphère, la pression varie beaucoup. Cela se produit, comme nous l’avons vu, parce que la densité de l’air augmente si rapidement que nous approchons du niveau du sol.
Si ce troisième modèle était correct, et il s’avère que tel est le cas, nous aurions besoin de déplacer notre appareil avec un plus grand changement d’altitude, après avoir déjà été élevé d’une certaine distance, afin d’affecter le même changement de pression atmosphérique. Parce que la flèche III est relativement plus longue que la flèche Δℎ, elle représente le mieux le changement d’élévation qui sera nécessaire pour la deuxième élévation de notre appareil. Pour notre réponse, nous choisissons l’option (C).