Transcript Mercredi 17/11/10 Physique Matthew DAILIE

Matthew Daillie 2010 CTD 13
re
1
partie
 Introduction
 La pression, qu’est-ce que c’est?
 Définitions et unités de mesure
 États de la matière et compressibilité
 Relation entre pression, volume et température
 Exercices
 Plongeur en immersion
 Gonflage blocs
 Conclusions sur la sécurité
e
2
partie
 Principes de la flottabilité
 Démonstration Archimède
 Centre de gravité, centre de poussée
 Définitions et unités de mesure
 Implications dans notre vie de plongeur
 Lestage
 Flottabilité, vitesse de remontée
 Relevage objets, sorties de l’eau
 Exercices
Unités de mesure
Système International
Unité
Nom
Symbole
Surface
mètre carré
m2
Volume
mètre cube
m3
Masse
kilogramme
kg
Masse volumique
Kilogramme par mètre cube
kg m-3
Vitesse
mètre par seconde
m s-1
Force
newton
N
Pression
pascal
Pa
Temps
seconde
s
Température
kelvin
K
Équivalences utilisées en plongée
Pression atmosphérique
1 bar
1atm
760 mm Hg
Volume
1 m3
1000 dm3
1 000 L
Force/Poids/ Poussée
10 N
1 Kg
1L
Température
0K
-273°C
1013 hPa
Les calculs
A
B C
A=BxC
B=A/C
C=A/B
C’est une force sur une surface (P=F/S)
1 bar = 1Kg sur 1cm2
= 760 mm Hg (une colonne de 760 mm de
mercure)
= 1013 hectopascals hPa
1Pa = 1N/m2
La Force
 Une Force se mesure en Newtons mais en plongée on
parle en kilogrammes
 Elle peut changer la vitesse d’un objet ou le déformer.
Rappels
 Pression relative = pression hydrostatique
 Pression ambiante = pression absolue
Solide
Liquide
Gaz
Les deux premiers sont considérés incompressibles
Les gaz sont compressibles
Mariotte et Boyle
 À température constante, le volume d’un gaz est
inversement proportionnel à sa pression.
Exercice de la RSE
 Un plongeur prépare son N4. Il a une capacité
pulmonaire de 5L. Il se trouve à 20m de profondeur.
Sur un début d’expiration il lui reste 3L d’air. Lors de la
remontée, à quelle profondeur se trouverait-t-il les
poumons pleins (tout en sachant qu’en réalité il doit
lâcher de l’air avant!)?
Relation entre pression, volume et
température
P1 x V1
T1
=
P2 x V2
T2
Kelvin (K)
 C’est une mesure absolue de la température
 La température de 0 K est égale à -273 °C et
correspond au zéro absolu
 le kelvin ne s’exprime pas en degré
Ça chauffe!
 Un bloc de 15L se trouve dans un local à 20°C, gonflé
à 200b.
 Le bloc est transporté dans une voiture où la
température est de 30°C. À quelle pression sera la
bouteille à la fin du trajet?
 Charles : À volume constant, la pression d’un volume de
gaz donné varie proportionnellement à la température.
 Gay Lussac : À pression constante, le volume d’un gaz
varie proportionnellement à sa température absolue.
 (Les deux lois sont découvertes par Charles mais
confirmées par Gay-Lussac)
Exercices
 Question 1
 Vous disposez d’une rampe de 3 tampons de 50 litres




chacun, gonflés à 250 bars (*) et vous désirez remplir (en
même temps) 3 blocs de 12 litres dans lesquels il reste 50
bars (*) (PS = 230 bars).
1) Quelle sera la pression dans les blocs (*) si on utilise les 3
tampons simultanément ? (2 pts)
2) Quelle sera la pression dans les blocs (*) si on utilise les
3 tampons successivement ? (On néglige le volume des
tuyauteries). (3 pts)
3) Conclusion (1 pt)
(*) Pressions lues au manomètre
Question 3 (sic)
 Un plongeur N2 part en exploration avec un bloc de 12 l gonflé à 200b (*). Au
retour de la plongée, il reste 50 b (*) dans son bloc.
 1) Quelle quantité d’air (détendue à la pression atmosphérique), le plongeur at-il consommé ? (1 pt)
 2) Sachant qu’il est resté 30 mn à 20 m, quelle est sa consommation par mn à
cette profondeur (on néglige le temps de la descente et de la remontée)? (1 pt)
 - Il dispose d’un bloc tampon de 150 L à 235 b.
 - Il recharge son bloc à 200b (*).
 3) Quelle est la pression résiduelle (*) dans la bouteille tampon après la fin de
l’opération? (2 pts)
 4) Un autre groupe de plongeurs veut utiliser ensuite la même bouteille
tampon, pour remplir simultanément 2 blocs de 15 L vides. Quelle sera la
pression maximale qu’ils pourront avoir dans les blocs après équilibrage? (2
pts)
 (*) Pressions lues manomètre
La Sécurité
 Blocs
 Gonflage



À quel moment?
À quelle pression?
À quelle vitesse?
 Stockage
 Choix du volume
 Vidage
Accidents
 Barotraumatismes
 ADD
Matériel
 Détendeurs
 Souplesse
 Débit
 Gilets
 Volume
 Inflateur
 Parachute
 À purge?
La flottabilité d’un corps dépend de sa densité et de la densité
du liquide déplacé.
Définitions et unités de mesure
La masse
 On peut dire que la masse d’un objet est la quantité de
matière qui la constitue
Le poids
 C’est une mesure de la force de gravité (mesurée en
Newtons) qui agit sur une masse (mesurée en kg).
 Parce que l’on ne considère que la plongée sur terre,
on va confondre les deux termes et parler en kg
La masse volumique
 C’est la quantité de masse par unité de volume
(eau 1kg pour 1L)
 ρ (rhô) = m/V où m se mesure en Kg et V en m3
 Exemples
 la masse volumique de l’air vaut 1,3 kg/m3
 celle de l’eau douce vaut 1 000 kg/m3
 celle de l’eau de mer 1 030 kg/m3
La densité (relative)
 C’est une notion de relativité.
 Sans unité.
 L’eau (à 4°C) est le corps de référence pour les liquides.
 Eau salée 1,03
 Plomb 11,3
 Aluminium 2,7
 Acier 7,5 (alliage donc variable)
 Un corps ayant une densité inférieure à celle de l’eau
flotte, un corps ayant une densité supérieure coule.
Rappels
 Volume
 C’est l’espace occupé par un objet ou disponible dans un
récipient. Symbole : V
 Poids apparent (Papp)
 Poids réel (Préel)
 Poussée d’Archimède (PArch)
Archimède
 Tout corps plongé dans un fluide subit une poussée
verticale de bas en haut équivalente à l’intensité de la
force de pesanteur du fluide déplacé.
 La poussée d’Archimède d’un corps immergé est donc
égale au poids de son volume d’eau.
 La force d’Archimède sur un corps immergé est
proportionnelle au volume du corps et la masse
volumique du liquide
Le centre de gravité ≠ le centre du
volume
 La poussée d’Archimède s’applique au centre du
volume immergé.
 Le poids s’applique au centre de gravité et pas
obligatoirement au centre du volume.
Implications pour notre vie de
plongeuse/plongeur
 Le lestage
 Risques d’un sur-lestage
 Risques d’un sous-lestage
 Besoin de changer en fonction du milieu
 Emplacement (équilibre du plongeur)
Remontées assistées
 Plus l’écart entre volume et poids est grand, plus on
monte vite.
 Pour faire une remontée linéaire, il faut garder le
même écart entre le volume et le poids (gestion des
quatre volumes d’air).
 Cas particulier de la DTH avec ses poussées.
Un copain toujours disponible!
 Pour nous aider à sortir de l’eau
 Pour aider à remonter les blocs sur le semi-rigide
 Pour limiter nos efforts de palmage
 Pour s’approcher de la faune
 Et pour…
…relever des objets lourds tombés
au fond!
 À l’aide d’un parachute vous devez relever une ancre
d’un volume de 4 dm3 et une densité de 8 posée sur un
fond de 20 m. Densité de l’eau : 1
Quel est le poids apparent de l’ancre ?
Combien d’air faut-il insuffler dans le parachute pour
que l’ancre soit en flottabilité neutre ?
À quelle quantité d’air équivalent surface cela
correspond-il ?
Si vous avez une bouteille de 12 L, de combien de bars
va baisser votre manomètre?
Liens utiles
 Assistance 24h/24h : [email protected]
Bibliographie
 Plonger en sécurité Avanzi, Galley & Héritier
ed. Gründ
 Nouvelle plongée subquatique Molle & Rey
ed. Amphora
 La plongée sous-marine Foster ed. EDP Sciences
 Le tour de la plongée en 80 problèmes Aubert & Jonville
(ed.)
 Plonger Plaisir exercices N4,5 et monitorats Foret
ed. Gap