💧 L'effet Venturi et le théorème de Bernoulli
Pince le bout d'un tuyau d'arrosage : l'eau jaillit plus vite. Mais où passe la pression ? Dans ce tube de Venturi, des particules colorées te montrent l'accélération dans l'étranglement, et trois tubes verticaux trahissent la baisse de pression. Pousse un peu trop les réglages et l'eau se met à bouillir… à froid !
🧪 Mode d'emploi : règle les curseurs (à droite, ou sous l'animation sur téléphone), lance avec ▶, observe les mesures et relève les 🎯 défis. Le bouton ⛶ agrandit l'animation, idéal sur téléphone à l'horizontale.
Ce que tu vois
- Dans l'étranglement, les particules accélèrent : l'eau ne se comprime pas, donc le même volume doit passer chaque seconde dans une section plus petite (S1v1 = S2v2).
- L'eau du tube du milieu descend : là où la vitesse est grande, la pression est faible. C'est l'effet Venturi.
- Après le rétrécissement, la vitesse redevient v1 et la pression remonte : les tubes 1 et 3 affichent la même hauteur (fluide parfait, donc pas de pertes).
- L'écart entre la ligne de charge (pointillés bleu foncé) et le niveau de chaque tube vaut v²/2g : de l'énergie de pression s'est transformée en énergie cinétique.
- Si la pression au col passe sous la pression atmosphérique, le tube du milieu aspire de l'air ; sous 2,3 kPa (pression absolue), l'eau se vaporise : c'est la cavitation.
Expériences à faire
- Divise par 2 le diamètre du col : la vitesse dans le col est-elle multipliée par 2 ou par 4 ?
- Double le débit : la baisse de pression au col est-elle doublée ou quadruplée ?
- Règle le diamètre du col sur 8 cm : que deviennent les trois colonnes d'eau ?
- Mets le débit à zéro : pourquoi les trois tubes affichent-ils alors 60 cm ? Avec « ✏️ Mes valeurs », change la hauteur d'eau H du réservoir, le diamètre D1 du tuyau ou même g, et vérifie ta prévision.
- À quoi peut servir une baisse de pression dans un étranglement ? Pense au pulvérisateur de parfum, au carburateur ou à la trompe à eau.
La physique derrière l'animation
- Conservation du débit (fluide incompressible) : Q = S1 × v1 = S2 × v2, donc v2/v1 = S1/S2 = (D1/d2)².
- Théorème de Bernoulli (fluide parfait et incompressible, écoulement permanent, le long d'une ligne de courant) : P + ½ ρ v² + ρ g z = constante. Ici le tuyau est horizontal, donc z ne change pas.
- Entre l'entrée et le col : P1 − P2 = ½ ρ (v2² − v1²). Un piézomètre traduit la pression en hauteur d'eau, h = (P − Patm)/(ρ g), donc h1 − h2 = (v2² − v1²)/(2g).
- Le réservoir à niveau constant fixe la charge H = 60 cm : en chaque point, h + v²/(2g) = H. Le tube de Venturi sert ainsi de débitmètre : mesurer h1 − h2 donne v1, donc Q.
- Une pression absolue négative est impossible : dès que la pression descend sous la pression de vapeur saturante (2,3 kPa à 20 °C), l'eau se vaporise. Les bulles implosent un peu plus loin, là où la pression remonte, et grignotent le métal (hélices, pompes, turbines).
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