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Feuille d'activités de la leçon : Écoulements laminaire et turbulent de fluides visqueux Physique

Dans cette feuille d’activités, nous nous entraînerons à modéliser le mouvement de liquides visqueux qui peuvent avoir un écoulement laminaire uniforme ou un écoulement turbulent non uniforme.

Q1:

De l'eau coule à travers un tuyau. La viscosité dynamique de l'eau est de 8,9×10 Pa⋅s et la masse volumique 1‎ ‎000 kg/m3. Le tuyau a un diamètre intérieur de 0,0055 m.

Quelle est la vitesse moyenne maximale de l'écoulement d'eau pour que le nombre de Reynolds de l'écoulement soit inférieur à 2‎ ‎300?

Au-dessus de quelle vitesse moyenne de l'écoulement le nombre de Reynolds sera supérieur à 2‎ ‎900?

Q2:

De l'eau qui s'écoule dans un tuyau a une viscosité dynamique de 8,9×10 Pa⋅s et une masse volumique de 1‎ ‎000 kg/m3. Le tuyau a un diamètre intérieur de 0,025 m, et l'eau s'écoule à une vitesse moyenne de 0,15 m/s. Quel est le nombre de Reynolds de l'écoulement?

Q3:

Un volume de fluide visqueux est contenu entre deux plaques horizontales parallèles, comme le montre le schéma. La plaque au-dessus du volume de fluide se déplace horizontalement à une vitesse 𝑣. Les couches horizontales du fluide se déplacent en flux laminaire à des vitesses 𝑣 à 𝑣. Lequel des éléments suivants décrit correctement la relation entre les vitesses des couches ?

  • A𝑣<𝑣,𝑣=𝑣,𝑣=𝑣,𝑣<𝑣
  • B𝑣>𝑣>𝑣>𝑣>𝑣
  • C𝑣>𝑣>𝑣>𝑣>𝑣
  • D𝑣>𝑣,𝑣=𝑣,𝑣=𝑣,𝑣>𝑣
  • E𝑣=𝑣=𝑣=𝑣=𝑣

Q4:

Un fluide visqueux s'écoule dans un tuyau dont la section est constante et perpendiculaire à la direction de l'écoulement. Le diagramme représente une section transversale du tuyau, parallèle à la direction d'écoulement. Le fluide se déplace en couches horizontales dans un écoulement laminaire à des vitesses 𝑣 à 𝑣. Quelle relation est vérifiée par les vitesses des différentes couches?

  • A𝑣>𝑣>𝑣>𝑣>𝑣
  • B𝑣=𝑣,𝑣>𝑣,𝑣=𝑣,𝑣>𝑣
  • C𝑣>𝑣,𝑣=𝑣,𝑣>𝑣,𝑣=𝑣
  • D𝑣<𝑣<𝑣<𝑣<𝑣
  • E𝑣=𝑣=𝑣=𝑣=𝑣

Q5:

Un certain volume de fluide non visqueux est contenu entre deux plaques horizontales parallèles, comme indiqué sur la figure. La plaque située au-dessus du fluide se déplace horizontalement à une vitesse 𝑣. Les couches horizontales du fluide se déplacent à des vitesses variant de 𝑣 à 𝑣. Laquelle des propositions suivantes décrit correctement la relation entre les vitesses des différentes couches?

  • A𝑣=𝑣=𝑣=𝑣=𝑣
  • B𝑣>𝑣>𝑣>𝑣>𝑣
  • C𝑣>𝑣>𝑣>𝑣>𝑣
  • D𝑣>𝑣,𝑣=𝑣,𝑣=𝑣,𝑣>𝑣
  • E𝑣<𝑣,𝑣=𝑣,𝑣=𝑣,𝑣<𝑣

Q6:

Les diagrammes présentés représentent les limites des couches d'un liquide visqueux qui se déplacent à des vitesses différentes lorsque le liquide circule dans un tuyau. Lequel des diagrammes représente correctement les limites des couches du liquide ?

  • A
  • B

Q7:

Les schémas illustrés représentent les limites des couches d'un liquide visqueux, qui se déplacent à différentes vitesses lorsque le liquide s'écoule à travers un récipient. Lequel des schémas représente correctement les limites des couches du liquide qui s'écoule à travers un récipient dans lequel le sommet du récipient est déplacé par rapport à la base du récipient?

  • A
  • B

Q8:

Une fine plaque de masse 2,5 g est poussé par une force constante 𝐹=0,50mN, se déplaçant à une vitesse constante de 1,32 cm/s sur la surface d'un liquide visqueux de 2,5 mm de profondeur, comme le montre le schéma. Les vitesses des couches du liquide entre la plaque et la couche inférieure du liquide sont indiquées sur le diagramme. Le liquide en contact avec les plaques supérieure et inférieure se déplace à la même vitesse que les plaques. Quelle est la viscosité dynamique du liquide ?

  • A1,7×10 Pa⋅s
  • B5,5×10 Pa⋅s
  • C3,0×10 Pa⋅s
  • D9,4×10 Pa⋅s
  • E8,5×10 Pa⋅s

Q9:

Une fine plaque d'une aire de 0,25 m2 est poussé horizontalement par une force constante de 150 μN à travers la surface de l'eau qui a une viscosité dynamique de 8,9×10 Pa⋅s. Quel est le taux de variation de la vitesse de l'eau sous la plaque avec la distance verticale de celle-ci ?

Q10:

Le diagramme montre une section transversale des lignes d'écoulement d'un liquide circulant autour d'un cylindre. Avant que le liquide n'atteigne le cylindre, l'écoulement est laminaire. Après que l'écoulement soit passé derrière le cylindre, il y a une zone d'écoulement turbulent. Cependant, après la zone d'écoulement turbulent, l'écoulement redevient laminaire. Laquelle des affirmations suivantes explique le mieux pourquoi l'écoulement turbulent revient à un état laminaire ?

  • ADans les régions d'écoulement turbulent, l'énergie cinétique du fluide est dissipée par la friction visqueuse, ce qui réduit la vitesse moyenne du fluide. Au fur et à mesure que le fluide ralentit, il devient moins turbulent.
  • BLa viscosité dynamique du liquide est augmentée dans la zone de turbulence. La viscosité du liquide diminue à la sortie de la région turbulente.
  • CLe liquide qui s'écoule se dilate dans la région turbulente. Le fluide se comprime à la sortie de la zone de turbulence.

Cette leçon comprend 16 questions additionnelles pour les abonnés.

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