CONCLUSION :

D'après nos expériences, nous pouvons conclure que le débit augmente lorsque nous augmentons la température du fluide, lorsque nous faisons varier le diamètre du tuyau, donc lorsqu'il grandit. Nous pouvons aussi dire que la hauteur entre chaque récipient fait un peu varier la vitesse du fluide. Les expériences de la pression ont fait apparaître d'autres résultats qui sont totalement différents de nos premiers résultats sans prendre en compte la pression. En effet, avec les expériences de la hauteur par rapport à la paillasse et la longueur des tuyaux, nous n'avons pas eu d'effet, alors qu'avec la pression, ça a fait diminuer le débit.

Cependant , nous avons conscience qu'il y a d'autres facteurs qui influent sur le débit, mais nous n'avions pas assez de temps pour traiter tout le sujet car il est très vaste, et il se peut que durant nos expériences, il y a eu d'autres facteurs qui ont eu un impact sur nos résultats.

Expériences à pression constante

Nous nous sommes rendu compte que lors de nos expériences, nous faisons varier la pression, et c'est pourquoi nous avons décidé de refaire deux de nos expériences pour voir si la pression joue un rôle majeur sur l'augmentation ou la diminution du débit. 

 

Première expérience :

Hauteur du tuyau par rapport a la paillasse

PROTOCOLE :

Matériel :

• Grande règle
• chronomètre
• bechers
• support élévateur
• Tuyau ( 3m)

Nous allons de nouveau faire varier la vitesse de l'eau en changeant la hauteur d'un seul et même tuyau par rapport à la paillasse donc en gardant le même diamètre et la même longueur et en s'assurant que la hauteur des deux extrémités du tuyau ne change pas et en s'assurant que les tuyaux soient de même composition et en rajoutant toujours de l'eau pour qu'elle reste au même niveau dans le becher.

 

Observations : Nous pouvons constater que la pression influe sur le débit puisque plus la hauteur du tuyau augmente, plus le débit diminue, contrairement à la première expérience où il y avait une petite augmentation du débit, mais ça restait plus ou moins constant. Dans la première expérience, nous faisions beaucoup varier la pression.

Nous pouvons constater sur le graphique que 1m est la hauteur « idéale » pour pouvoir faire s'écouler l'eau le plus vite possible car il y a un décrochement.



 

                                                             Deuxième expérience :

Longueur du tuyau

PROTOCOLE :

Matériel :

• Bechers
• support élévateurs
• chronomètre
• Tuyaux de même diamètre mais de longueurs différentes

Cette fois ci nous voulons faire varier la vitesse de l'eau en changeant la longueur des tuyaux mais en gardant le même diamètre, et en s'assurant que la hauteur des deux extrémités du tuyau ne change pas et en s'assurant que les tuyaux soient de même composition. En ajoutant de l'eau pour que la pression soit constante .

 

Observations : Nous constatons que lors de cette expérience, le débit diminue en fonction de la longueur du tuyau. Nous pouvons remarquer que nous obtenons ce à quoi nous nous attendions au départ pour la première expérience (lorsque nous faisions varier la pression).

Donc comme l'expérience d'avant, nous pouvons dire que la pression influe sur le débit.

Expérience de la hauteur entre chaque récipients

                                     PROTOCOLE :

Matériel :

• Grande règle
• chronomètre
• bechers
• support élévateur
• Tuyau ( 2m)

Cette fois-ci nous allons faire varier la vitesse de l'eau en changeant la hauteur d'un seul et même tuyau par rapport au fond des deux récipients donc en gardant le même diamètre et la même longueur et en s'assurant que la hauteur des deux extrémités du tuyau ne change pas et en s'assurant que les tuyaux soient de même composition. 

 

Observations : Nous observons que plus la hauteur entre les deux récipients augmente, plus le débit augmente. Donc la hauteur entre les deux récipients influe sur le débit, et le fait augmenter.

Expérience de la hauteur des tuyaux par rapport à la paillasse

                                     PROTOCOLE :

Matériel :

• Grande règle
• chronomètre
• bechers
• support élévateur
• Tuyau ( 3m)

Nous allons de nouveau faire varier la vitesse de l'eau en changeant la hauteur d'un seul et même tuyau par rapport à la paillasse donc en gardant le même diamètre et la même longueur et en s'assurant que la hauteur des deux extrémités du tuyau ne change pas et en s'assurant que les tuyaux soient de même composition.

Observations : On remarque une petite augmentation par rapport aux premier et dernier point, mais c'est plus ou moins constant. Donc on peut conclure que la hauteur des tuyaux par rapport à la paillasse n'a pas un effet très important sur le débit.

Expérience de la longueur des tuyaux

PROTOCOLE :

Matériel :

• Bechers
• support élévateurs
• chronomètre
• Tuyaux de même diamètre mais de longueurs différentes

Cette fois ci nous voulons faire varier la vitesse de l'eau en changeant la longueur des tuyaux mais en gardant le même diamètre, et en s'assurant que la hauteur des deux extrémités du tuyau ne change pas et en s'assurant que les tuyaux soient de même composition.

 

 

Observations : Au départ on s'attendait à ce que le débit diminue en fonction de la longueur du tuyau car plus le tuyau est grand, plus l'eau met du temps à le traverser. Cependant, nous pensons que nos résultats sont erronés et nous manquions de temps pour refaire cette expérience.

Expérience du diamètre des tuyaux

PROTOCOLE :

Matériel :

• béchers
• chronomètre
• support élévateur
• Tuyaux de même longueur mais de différents diamètres

Nous allons mesurer le temps nécessaire pour mesurer un volume d'eau donné avec des tuyaux de différents diamètres. En prenant soin d'avoir des tuyaux de même longueur et de même composition. En veillant à ce que les deux extrémités du tuyau soient de même hauteur et veillant à avoir le même volume d'eau dans le récipient au départ.

Observations : On remarque que plus le diamètre augmente, plus le débit augmente également car l'eau a donc plus de place pour passer et elle est plus rapide.

Il s'agit d'une courbe exponentielle.

Expérience du sel

PROTOCOLE :

Matériel :

• Balance
• Sabot de pesée
• spatule
• sel
• tuyau en plastique (toujours le même)
• Bechers
• Support élévateur
• chronomètre

Nous allons faire varier la vitesse en ajoutant du sel au liquide en s'assurant que les extrémités des tuyaux soient à la même hauteur et en veillant à ce qu'il y ai la même quantité de liquide dans le récipient du haut.

Observations : Plus la concentration en sel augmente, plus le débit diminue. La courbe représente une fonction affine (ax+b) Donc dans cette expérience, nous avons changé, encore une fois, la densité . Celle-ci joue donc un rôle important sur le débit.

Expérience de la température

PROTOCOLE :

Matériel :

• tuyau 12 mm de diamètre
• thermomètre
• Agitateur magnétique chauffant
• chronomètre
• glaçons
• Support élévateur
• Bechers

           Nous allons mesurer le temps nécessaire pour vider un volume d'eau donné avec un seul et même tuyau en veillant à ce que les extrémités des tuyaux soient à la même hauteur et en veillant à avoir le même volume d'eau dans le récipient au départ.

Observations : On remarque que globalement le débit varie selon la température de l'eau. En effet, plus la température augmente, plus le débit augmente également. Quand un corps liquide refroidit sa densité augmente et devient maximale à la température de solidification. L'eau fait exception : sa densité maximale est atteinte non pas à 0 °C mais à 3,98 °C et la glace est moins dense que l'eau liquide.

Donc indirectement, nous avons fait varier la densité de l'eau, ce qui nous amené à l'augmentation du débit.

(Cependant, nous avons eu une mauvaise mesure car on peut voir qu'à la fin le débit baisse alors qu'au départ ça augmentait.)

Nous n'avons pas pu faire plus de mesures parce qu'on risquait de se bruler. Non avons donc émit une hypothèse : peut être que le débit baisse à partir d'une certaine température.

PRINCIPE DES EXPERIENCES

 

          Une extrémité du siphon est placée dans le becher en hauteur. Après amorçage consistant à créer une dépression qui permet au liquide (eau) de s'engager dans le tuyau, l'autre extrémité est dirigée vers le récipient du bas. Le liquide (eau) du récipient supérieur se déverse dans le récipient inférieur.

Important: Débit(L.s^-1 ): V(L)/T(s) 

(formule que nous avons utilisé pour calculer le débit .)

INTRODUCTION

          Cette problématique nous a fortement plu car il y a des matières intégrées intéressantes comme les mathématiques et la physique. Nous avons également choisit cette problématique car deux des membres de notre groupe (Iman et Nolwenn) avaient eu une initiation au TPE l'an dernier avec cette même problématique (chaque groupe devait trouver une expérience et la réaliser). Nous voulions approfondir le sujet .

          Notre  objectif était de pouvoir répondre à cette problématique en étudiant le plus de facteurs possibles en réalisant un maximum d'expériences pour traiter au mieux notre sujet. Pour se faire, nous avons recommencé 3 à 4 fois nos expériences et nous avons fait la moyenne des résultats obtenus pour avoir une valeur plus précise.

          L’étude de la mécanique des fluides remonte  à l’époque de la Grèce Antique. Aujourd’hui, la dynamique des fluides est un domaine actif de la recherche avec de nombreux problèmes non résolus ou partiellement résolus. De plus la mécanique des fluides occupe une place importante dans la vie des êtres humains.