Définition
Fluide
Un fluide est une substance qui déforme continuellement sous l'action d'une contrainte de cisaillement, aussi petite soit-elle. Les fluides comprennent les liquides, les gaz, les plasmas et, dans une moindre mesure, les solides plastiques.
Viscosité
La viscosité est une mesure de la résistance d'un fluide à la déformation sous l'effet d'une contrainte. C'est la propriété physique qui décrit la friction interne des fluides en mouvement.
Pression
La pression est la force exercée perpendiculairement par unité de surface dans un fluide ou un solide.
Statique des fluides
Principes de base
La statique des fluides concerne l'étude des fluides au repos. Dans cette discipline, la pression est une variable primordiale car elle est constante en tout point d'un même niveau dans un fluide au repos (principe de Pascal). La pression augmente avec la profondeur, ce qui est décrit par la relation fondamentale de la statique des fluides : P = ρgh, où ρ est la densité du fluide, g l'accélération due à la gravité, et h la hauteur de la colonne de fluide.
Applications
La statique des fluides a des applications pratiques diverses, telles que le calcul des pressions dans les barrages, l'hydrostatique dans la médecine (ex. : pression artérielle) et les mesures barométriques pour prédire les conditions météorologiques.
Dynamique des fluides
Équations fondamentales
La dynamique des fluides étudie les fluides en mouvement et s'appuie sur plusieurs équations clés, parmi lesquelles l'équation de continuité et l'équation de Bernoulli. L'équation de continuité repose sur le principe de conservation de la masse, stipulant que la masse volumique d'un fluide multipliée par sa vitesse et sa section est constante le long d'un tube de courant. L'équation de Bernoulli décrit la conservation de l'énergie dans un fluide en mouvement, reliant pression, énergie cinétique et énergie potentielle : P + 0.5 ρv^2 + ρgh = constant.
Applications
Les principes de la dynamique des fluides s'appliquent à de nombreux domaines, tels que la conception des systèmes de ventilation, les prévisions météorologiques, la conception des véhicules (diminution de la traînée), et l'aérodynamique dans l'aviation.
Effets de la viscosité
La viscosité joue un rôle crucial dans la dynamique des fluides, particulièrement dans les écoulements réels où elle provoque la dissipation d'énergie. Les équations de Navier-Stokes, qui décrivent les écoulements des fluides visqueux, prennent en compte cet effet pour modéliser les mouvements des fluides avec plus de précision.
A retenir :
En résumé, la mécanique des fluides est divisée en deux grandes sections : la statique, qui traite des fluides au repos, et la dynamique, qui analyse les fluides en mouvement. Les concepts de pression, viscosité, et les équations fondamentales comme celles de Bernoulli et Navier-Stokes sont essentiels pour comprendre et modéliser le comportement des fluides, avec de nombreuses applications pratiques dans les sciences de l'ingénieur et la physique appliquée.
