Au programme de ce chapitre
- I. Le principe de Pascal
- II. La presse hydraulique
- Savoir-faire
- Exercices types corrigés
- Teste-toi — vrai ou faux ?
- Pièges fréquents et astuces
- À retenir
Un exemple corrigé
Exemple Quand tu presses un tube de dentifrice à la base, la pâte sort à l'autre bout : la pression que tu exerces se transmet dans tout le tube. Dans une voiture, la pédale de frein pousse sur un petit piston ; la pression est transmise par le liquide de frein jusqu'aux pistons des roues, qui serrent les plaquettes.
Extrait du cours
Au garage, un mécanicien soulève une voiture d'une tonne en appuyant d'une seule main sur un levier. Les freins de la voiture fonctionnent sur le même principe. Ce chapitre t'explique comment un liquide peut multiplier une force.
| Force sur le petit piston (N) | 10 | 20 | 30 | 40 |
|---|---|---|---|---|
| Force sur le grand piston (N) | 150 | 300 | 450 | 600 |
Lexique
- incompressible
- dont le volume ne diminue pas quand on le comprime
- piston
- pièce mobile qui coulisse dans un cylindre
- presse hydraulique
- dispositif qui multiplie une force grâce à un liquide
- section
- aire de la surface du piston
Les erreurs fréquentes à éviter
Piège — pression et force. Dans une presse, la pression est égale des deux côtés. La force, elle, change avec la section. Écrire « F1 = F2 » est une erreur classique.
Piège — unités de section. Pour calculer un rapport S2 / S1, les deux sections doivent être dans la même unité : tu peux alors garder des cm². En revanche, pour calculer une pression en pascals, convertis en m².
Attention La presse hydraulique multiplie la force, mais pas l'énergie : le volume de liquide qui quitte le petit cylindre entre dans le grand. Si le grand piston a une section 80 fois plus grande, il monte 80 fois moins. Pour soulever la voiture de 1 cm, il faut enfoncer le petit piston de 80 cm (en plusieurs coups de pompe).
L'astuce du prof
Astuce — le prix du gain de force. Si le grand piston est 20 fois plus grand, la force est multipliée par 20 mais la course est divisée par 20. Utilise cette égalité pour vérifier tes calculs de déplacement.
Exercices corrigés
Cherche d'abord seul, puis ouvre la correction.
Exercice 1 — La pression transmise
On exerce 80 N sur un petit piston de 4,0 cm². Il est relié à un grand piston de 200 cm² par un liquide. Calcule la pression du liquide en pascals et en bar, puis la force exercée par le grand piston.
Voir la correction
S1 = 4,0 cm² = 4,0 × 10-4 m². p = F1 / S1 = 80 / 4,0 × 10-4 = 200 000 Pa = 2,0 bar. Cette pression est transmise au grand piston, de surface 200 cm² = 0,020 m² : F2 = p × S2 = 200 000 × 0,020 = 4 000 N. Contrôle avec le rapport : 200 / 4,0 = 50 et 80 × 50 = 4 000 N.
Exercice 2 — Le système de freinage
Un conducteur appuie sur la pédale de frein, qui pousse avec 120 N un piston de 2,0 cm². Le liquide de frein transmet la pression à un piston de frein de 10 cm². Calcule la pression du liquide, puis la force exercée par le piston de frein (on néglige la démultiplication due à la pédale).
Voir la correction
p = F1 / S1 = 120 / (2,0 × 10-4) = 600 000 Pa = 6,0 bar. Rapport des sections : 10 / 2,0 = 5, donc F2 = 120 × 5 = 600 N. La force est multipliée par 5 : le piston de frein pousse cinq fois plus fort que le piston relié à la pédale.