Mécanique et machines simples · GCSE Physique Thème 5
Simulateur de pression atmosphérique et de baromètre de Torricelli
Régler la pression atmosphérique, incliner ou soulever le tube, et tester un joint percé. À pression fixe, l'inclinaison change la longueur de la colonne, mais pas sa hauteur verticale; 760 mm est une référence standard de l'atmosphère, pas tous les baromètres.
- Côté client
- Pas d'inscription
- Dérivés vivants
- Mode projecteur
- Imprimer la feuille de travail
Étape de simulation 3D● 60 FPS
Contrôles des paramètres
kPa
°
cm
Dérivations et métriques en direct
Hauteur verticale h
--
Longueur de la colonne inclinée L
--
État d'aspirateur supérieur
--
Limite de levage de l'eau de Piston
--
Calcul de la formule en temps réel
Formule de calcul:
--Substitution:
--Régime : --
Exemples travaillés et question d'examen Plongée profonde
Problème travaillé
Problème : Dans une expérience Torricelli inclinée à 30°, comment la hauteur verticale et la longueur de la colonne changent-elles?
Dérivation étape par étape :
- La hauteur verticale est déterminée par la pression atmosphérique et reste de 760mm; la longueur de la colonne augmente à 760/cos(30°) -877,6mm.
Problème travaillé
Problème : Si l'eau a remplacé le mercure dans l'expérience Torricelli, quelle est la hauteur de la colonne d'eau? Une pompe à piston peut-elle soulever de l'eau de 15m?
Dérivation étape par étape :
- Colonne d'eau h = p/(ρg) = 1.013*10^5 / (1000*9.8) ≈ 10.33m. Les pompes à piston dépendent de la pression atmosphérique et ne peuvent pas dépasser 10.33m.
Feuille de travail et problèmes de pratique
Q1. Variante 1 : Si une bulle d'air fuit dans l'espace supérieur de la Torricellienne, la pression mesurée est-elle élevée ou faible?
Clé de réponse : C'est en bas ! L'air piégé exerce une pression vers le bas p_air, donc la colonne de mercure ρgh = p0 - p_air < p0.
Q2. Variante 2 : Porter un baromètre Torricelli à un sommet de montagne, comment la colonne de mercure change-t-elle ?
Clé de réponse : Ça tombe plus bas. La densité de l'air diminue avec l'altitude, abaisse la pression atmosphérique et supporte la hauteur du mercure.
Q3. Variante 3: Quelle force sépare deux hémisphères Magdeburg évacués de 30 cm de diamètre? (p=10^5 Pa)
Clé de réponse : Zone transversale efficace S = πr² = 0.0707 m². Tirer la force F = p*S = 10^5 * 0.0707 ≈ 7070N.
Foire aux questions et idées fausses
Pourquoi la fontaine au mercure ne sort pas quand le tube est percé ?
La fontaine liquide seulement si la pression interne dépasse la pression extérieure. Le haut est un vide (0 Pa). Le perçage permet à 101 kPa de se précipiter dans l'air, laissant tomber la gravité du mercure.
L'utilisation d'un tube de verre plus large change-t-elle la hauteur du mercure?
C'est pas vrai ! La pression hydrostatique p = ρgh dépend uniquement de la densité ρ et de la hauteur verticale h, indépendamment de la surface transversale.
Le fait de soulever légèrement le tube change-t-il la différence d'élévation du mercure?
À pression atmosphérique fixe, alors que le tube reste scellé et que son extrémité inférieure reste submergée, le lever légèrement ne change pas la différence de hauteur verticale. Le changement de pression change cette hauteur; environ 760 mm est la référence standard de l'atmosphère.
Les astronautes peuvent-ils boire avec des pailles dans l'espace ?
À l'intérieur d'une station spatiale pressurisée, oui; dans le vide de l'espace extérieur, non, parce qu'il n'y a pas de pression atmosphérique pour pousser le liquide vers le haut.