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Vidéo de question : Identifier la structure en couche de l’écoulement d’un fluide visqueux dans un récipient cylindrique Physique

Les figures illustrées représentent les limites des couches d’un liquide visqueux qui se déplacent à des vitesses différentes lorsque le liquide passe à travers un tuyau. Laquelle des figures représente correctement les limites des couches pour le liquide ? [A] Figure A [B] Figure B

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Transcription de vidéo

Les figures illustrées représentent les couches limites d’un liquide visqueux qui se déplacent à des vitesses différentes lorsque le liquide passe à travers un tuyau. Laquelle des figures représente correctement les couches limites du liquide ?

Dans ces deux figures, (A) et (B), nous voyons le contour du tuyau traversé par ces couches de liquide. Et dans les lignes pleines entre ces contours, nous voyons les limites des couches du fluide. Si nous regardions ces deux tubes par l’extrémité, les limites ressembleraient à ceci. Dans la figure (A), les limites entre les couches de liquide sont des cercles concentriques. Dans la figure (B) cependant, le fluide semble se déplacer en couches horizontales à travers le tuyau.

Un point important à prendre en compte concernant les couches séparées dans un modèle d’écoulement global est que les différentes couches représentent des vitesses d’écoulement différentes. Ainsi, par exemple, dans notre figure (A), cette couche externe du liquide coulera à travers le tuyau à une vitesse différente de celle de la couche à côté, qui coulera à travers le tuyau à une vitesse différente de celle de cette couche et ainsi de suite. Puisque la couche extérieure de la figure (A) est en contact avec la surface du tuyau, il est logique que toute cette couche se déplace avec la même vitesse, et la même chose est vraie pour les couches intérieures du fluide.

Si nous regardons le scénario (B) cependant, nous voyons que les couches sont divisées de manière surprenante. En organisant les limites dans ce motif en ligne horizontal, nous disons que cette couche de liquide se déplace à une vitesse différente de celle-ci, qui se déplace à une vitesse différente de celle-ci, puis de celle-ci, etc. Nous nous attendrions cependant à ce que toutes les parties du liquide qui sont en contact avec le tuyau circulent à la même vitesse. Et puis il est raisonnable de penser que la couche à l’intérieure à cette couche extérieure s’écoulerit également à travers le tuyau à la même vitesse.

Nous constatons alors que le modèle de limite décrit dans le croquis (A) a plus de sens physique que celui dans le croquis (B). Parce que la forme du tuyau lui-même est un cercle, nous nous attendrions à ce que les limites entre les couches de liquide circulant dans le tuyau aient également la forme de cercles. Ce modèle d’anneaux concentriques est illustré dans la figure (A). C’est le figure qui représente correctement les couches limites de ce liquide.

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