Au programme de ce chapitre
- I. Le débit
- II. L'équation de continuité
- III. Vitesse et pression : l'effet Venturi
- Savoir-faire
- Exercices types corrigés
- Teste-toi — vrai ou faux ?
- Pièges fréquents et astuces
- À retenir
La définition à retenir
Définition Le débit volumique Q d'un fluide est le volume qui traverse une section par unité de temps : Q = V / Δt, en m³/s (ou en L/s, L/min). Si le fluide s'écoule à la vitesse v dans un conduit de section S : Q = S × v.
Un exemple corrigé
Exemple Un robinet remplit un seau de 10 L en 40 s : Q = 1040 = 0,25 L/s = 2,5 × 10-4 m³/s. La Meuse à Liège a un débit moyen de quelques centaines de m³ par seconde, beaucoup plus en période de crue, comme lors des inondations de juillet 2021.
Lexique
- débit volumique
- volume de fluide qui passe par seconde
- équation de continuité
- conservation du débit le long d'un conduit
- effet Venturi
- baisse de pression d'un fluide là où sa vitesse augmente
- portance
- force vers le haut exercée par l'air sur une aile
Les erreurs fréquentes à éviter
Piège — débit et vitesse. Le débit (en L/s) est un volume écoulé pendant 1 s ; la vitesse (en m/s) est une distance parcourue pendant 1 s. Un fleuve large et lent peut avoir un plus grand débit qu'un torrent étroit et rapide.
Piège — les unités de section. 4,0 cm² = 4,0 × 10-4 m², pas 4,0 × 10-2 m². Quand tu calcules un débit en m³/s, convertis aussi les litres : 1 L = 10-3 m³.
Attention Quand le tuyau se rétrécit, c'est la vitesse qui augmente, pas le débit : il passe toujours le même volume d'eau par seconde. Pincer le tuyau ne remplit pas l'arrosoir plus vite (à débit du robinet égal), il fait seulement sortir l'eau plus vite.
L'astuce du prof
Astuce — vérifier S × v. Après un calcul de vitesse, recalcule le produit S × v en amont et en aval : il doit donner le même nombre. Si ce n'est pas le cas, tu as mélangé deux unités de section.
Exercices corrigés
Cherche d'abord seul, puis ouvre la correction.
Exercice 1 — Remplir une baignoire
Une baignoire de 120 L est remplie en 8,0 minutes. Calcule le débit du robinet en L/min, en L/s et en m³/s.
Voir la correction
Q = V / Δt = 120 / 8,0 = 15 L/min. Pour avoir des L/s : 1560 = 0,25 L/s. En m³/s : 0,25 × 10-3 = 2,5 × 10-4 m³/s. Les trois nombres expriment le même débit dans trois unités.
Exercice 2 — Trois mesures au seau
Un élève mesure le temps pour remplir un bidon de 20 L avec un robinet ouvert, trois fois de suite : 18 s, 21 s et 20 s. Calcule la durée moyenne, puis le débit moyen en L/s.
Voir la correction
Durée moyenne : (18 + 21 + 20) / 3 = 593 ≈ 19,7 s. Débit : Q = 20 / 19,7 ≈ 1,0 L/s, soit environ 60 L/min. Faire trois essais et prendre la moyenne diminue l'effet d'une erreur de chronométrage.