Définition
Fluide
Un fluide est une substance qui se déforme continuellement sous l'effet d'une contrainte tangente. Les fluides incluent les liquides et les gaz.
Dynamique des fluides
La dynamique des fluides est la branche de la physique qui décrit le mouvement des fluides et les forces qui leur sont associées.
Équation de continuité
L'équation de continuité est une relation qui exprime le principe de conservation de la masse pour un écoulement de fluide. Elle stipule que la masse qui entre dans un contrôle de volume d'un fluide doit être égale à la masse qui en sort, plus l'accumulation de masse dans le volume.
Les lois fondamentales
La loi de Pascal
La loi de Pascal stipule que la pression exercée sur une surface fermée par un liquide incompressible est transmise intègrement dans toutes les directions. Cela signifie que toute variation de pression appliquée à un fluide enfermé est transmise dans toutes les directions sans diminution.
La loi de Bernoulli
La loi de Bernoulli est un principe de conservation de l'énergie qui affirme que dans un écoulement de fluide idéal et incompresible, la somme de l'énergie cinétique, de l'énergie potentielle, et de la pression reste constante le long d'une ligne de courant. En d'autres termes, si la vitesse d'un fluide augmente, sa pression diminue, et inversement.
L'équation de Bernoulli peut être exprimée mathématiquement par : P + 0.5ρv² + ρgh = constante, où P représente la pression du fluide, ρ la densité du fluide, v la vitesse du fluide, g l'accélération due à la gravité, et h la hauteur par rapport à un point de référence fixe.
La loi de Newton pour les fluides visqueux
Isaac Newton a également étudié les fluides, en particulier ceux qui sont visqueux, c'est-à-dire qui résistent au mouvement. Selon la loi de Newton pour la viscosité, la contrainte de cisaillement entre les couches adjacentes d'un fluide visqueux est proportionnelle au gradient de vitesse normal à ces couches. Cela signifie que pour un fluide newtonien, cette contrainte est donnée par τ = μ(dv/dy), où τ est la contrainte de cisaillement, μ est la viscosité dynamique, et dv/dy est le gradient de la vitesse perpendiculaire à la direction du mouvement.
Applications des lois des fluides
Hydrodynamique
L'hydrodynamique traite des mouvements des fluides, particulièrement les liquides, et leurs interactions avec les surfaces. C'est fondamental dans des domaines tels que l'ingénierie maritime, le design de canaux, et l'étude des courants océaniques.
Aérodynamique
L'aérodynamique concerne l'étude de l'écoulement des gaz, et en particulier de l'air. L'aérodynamique est essentielle pour la conception des véhicules, en particulier les avions, afin de minimiser la traînée et maximiser l'efficacité énergétique.
A retenir :
Les lois qui décrivent le comportement des fluides, telles que la loi de Pascal, la loi de Bernoulli et la loi de Newton pour les fluides visqueux, fournissent des outils essentiels pour comprendre et prédire le mouvement des fluides. Ces principes sont appliqués dans divers champs, de l'ingénierie maritime à l'aéronautique, en rendant possible l'optimisation de la conception et de la fonctionnalité des systèmes fluidiques.
