QCM : Biophysique des fluides (24 questions)

Questions et réponses du QCM

1. Dans un même fluide de masse volumique constante, quelle quantité reste constante entre différents points à l’équilibre hydrostatique ?

P(M)−ρgzMP(M)-\rho g z_M
ρP(M)+gzM\rho P(M)+g z_M
P(M)+ρgzMP(M)+\rho g z_M
P(M)+zMρgP(M)+\frac{z_M}{\rho g}

$$P(M)+\rho g z_M$$

Explication

La relation fondamentale de l’hydrostatique indique que P(M)+ρgzMP(M)+\rho g z_M est constant dans un même fluide de masse volumique constante. La différence P(M)−ρgzMP(M)-\rho g z_M ne traduit pas cette relation.

2. Un échantillon a une masse de 6 kg et un volume de 2 m³. Quelle relation permet de calculer sa masse volumique ?

ρ=mV\rho = mV
ρ=mV2\rho = \frac{m}{V^2}
ρ=Vm\rho = \frac{V}{m}
ρ=mV\rho = \frac{m}{V}

$$\rho = \frac{m}{V}$$

Explication

La masse volumique se calcule en divisant la masse par le volume, conformément à la relation ρ=mV\rho = \frac{m}{V}. Le rapport inverse mesure le volume par unité de masse, pas la masse volumique.

3. Quelle distinction entre pression et poids est correcte ?

La pression est une force égale à mgmg, tandis que le poids est une force par unité de surface
La pression est une force par unité de surface, tandis que le poids est une force égale à mgmg
La pression et le poids sont deux noms pour une même force, exprimée en pascals
La pression est une masse par unité de volume, tandis que le poids est une énergie

La pression est une force par unité de surface, tandis que le poids est une force égale à $$mg$$

Explication

La pression correspond à une force répartie sur une aire, alors que le poids est une force de valeur mgmg. Le poids ne désigne donc pas une force par unité de surface.

4. Un objet a une densité par rapport au fluide égale à 0,80{,}8 ; quel état d’équilibre peut-il atteindre ?

Il coule parce que sa densité est inférieure à celle du fluide.
Il reste entièrement immergé en équilibre, sans atteindre la surface.
Il flotte avec son volume entièrement hors du fluide.
Il flotte avec une partie de son volume immergée.

Il flotte avec une partie de son volume immergée.

Explication

Une densité relative inférieure à 1 permet à l’objet de flotter en équilibre avec une partie immergée. Un équilibre entièrement immergé correspond au cas où la densité relative vaut 1, et non 0,8.

5. Deux liquides de masses volumiques ρ1\rho_1 et ρ2\rho_2 sont superposés à l’air libre ; quelle expression donne la pression au point MM situé dans le fluide 2 ?

P(M)=Patm+ρ1gh2+ρ2gh1P(M)=P_{\mathrm{atm}}+\rho_1 g h_2+\rho_2 g h_1
P(M)=Patm+ρ1gh1+ρ2gh2P(M)=P_{\mathrm{atm}}+\rho_1 g h_1+\rho_2 g h_2
P(M)=Patm−ρ1gh1−ρ2gh2P(M)=P_{\mathrm{atm}}-\rho_1 g h_1-\rho_2 g h_2
P(M)=Patm+ρ1h1+ρ2h2P(M)=P_{\mathrm{atm}}+\rho_1 h_1+\rho_2 h_2

$$P(M)=P_{\mathrm{atm}}+\rho_1 g h_1+\rho_2 g h_2$$

Explication

La pression en MM comprend la pression atmosphérique et les contributions hydrostatiques des deux couches, chacune associant sa masse volumique à sa hauteur. L’expression qui permute les hauteurs entre les fluides attribue à chaque couche une contribution incorrecte.

6. Un liquide est immobile dans un récipient. Quelle branche de la mécanique des fluides décrit son état ?

La cinématique, qui décrit les trajectoires des particules
La thermodynamique, qui étudie les échanges de chaleur
L’hydrodynamique, qui étudie les fluides en mouvement
L’hydrostatique, qui étudie les fluides immobiles

L’hydrostatique, qui étudie les fluides immobiles

Explication

L’hydrostatique concerne les fluides immobiles, comme le liquide décrit ici. L’hydrodynamique s’applique à un fluide dont la vitesse n’est pas nulle.

7. Une litre d’eau a une masse de 1 kg et correspond à un volume de 10−3 m310^{-3}\,\text{m}^3. Quelle est la masse volumique de l’eau ?

103 kg/m310^3\,\text{kg/m}^3
10−3 kg/m310^{-3}\,\text{kg/m}^3
1 kg/m31\,\text{kg/m}^3
106 kg/m310^6\,\text{kg/m}^3

$$10^3\,\text{kg/m}^3$$

Explication

En divisant la masse de 1 kg par le volume de 10−3 m310^{-3}\,\text{m}^3, on obtient 103 kg/m310^3\,\text{kg/m}^3. La valeur 1 kg/m31\,\text{kg/m}^3 ne tient pas compte de la conversion du litre en mètres cubes.

8. Que se passe-t-il avec la pression au passage de l’interface entre deux fluides au repos ?

Elle dépend de la masse volumique du fluide situé au-dessus de l’interface.
Elle reste égale de part et d’autre de l’interface, même si les masses volumiques diffèrent.
Elle diminue au passage vers le fluide de masse volumique la plus faible.
Elle augmente au passage vers le fluide de masse volumique la plus élevée.

Elle reste égale de part et d’autre de l’interface, même si les masses volumiques diffèrent.

Explication

La pression est continue à l’interface, alors que les masses volumiques des deux fluides peuvent être différentes. Une variation de masse volumique ne signifie donc pas que la pression subit un saut.

9. Un fluide s’écoule à vitesse uniforme dans une canalisation de section SS pendant une durée Δt\Delta t ; quelle relation donne le débit volumique ?

Dv=ΔVΔt=vSD_v=\frac{\Delta V}{\Delta t}=\frac{v}{S}
Dv=ΔVΔt=SvD_v=\frac{\Delta V}{\Delta t}=Sv
Dv=ΔtΔV=SvD_v=\frac{\Delta t}{\Delta V}=Sv
Dv=ΔVΔt=SvD_v=\frac{\Delta V}{\Delta t}=\frac{S}{v}

$$D_v=\frac{\Delta V}{\Delta t}=Sv$$

Explication

Le débit volumique est le volume écoulé par unité de temps et, pour une section SS traversée à la vitesse vv, il vaut SvSv. Le quotient S/vS/v ne décrit pas ce débit, car la vitesse intervient en le multipliant par la section.

10. Quelle distinction sépare l’hydrodynamique de l’hydrostatique ?

L’hydrodynamique étudie les fluides immobiles, tandis que l’hydrostatique étudie les fluides en mouvement.
L’hydrodynamique étudie la pression des fluides, tandis que l’hydrostatique étudie leur masse volumique.
L’hydrodynamique étudie les gaz, tandis que l’hydrostatique étudie les liquides.
L’hydrodynamique étudie les fluides en mouvement, tandis que l’hydrostatique étudie les fluides immobiles.

L’hydrodynamique étudie les fluides en mouvement, tandis que l’hydrostatique étudie les fluides immobiles.

Explication

L’hydrodynamique porte sur les fluides dont la vitesse est non nulle, alors que l’hydrostatique concerne les fluides immobiles. Inverser ces deux domaines confond les fluides en mouvement avec ceux à vitesse nulle.

11. Dans un fluide incompressible, que devient une variation de pression appliquée en un point ?

Elle se transmet intégralement à tous les points du fluide.
Elle se transmet aux autres points avec une intensité qui dépend de leur distance.
Elle se transmet intégralement aux points situés à la même profondeur.
Elle se transforme en une variation de force identique sur toutes les surfaces.

Elle se transmet intégralement à tous les points du fluide.

Explication

Le principe de Pascal indique qu’une variation de pression appliquée en un point se transmet intégralement à tous les points d’un fluide incompressible. Cela ne signifie pas que les forces sont identiques sur toutes les surfaces, car elles dépendent aussi de leur aire.

12. Un gaz change de volume lorsque la pression qui lui est appliquée varie. Comment caractérise-t-on ce fluide ?

Comme un fluide incompressible, dont le volume reste stable sous l’effet de la pression
Comme un fluide en équilibre, dont le volume dépend de sa masse
Comme un fluide compressible, dont le volume varie sous l’effet de la pression
Comme un fluide hydrostatique, dont le volume dépend de sa vitesse

Comme un fluide compressible, dont le volume varie sous l’effet de la pression

Explication

Un fluide compressible, généralement un gaz, subit une variation de volume lorsque la pression change. Un fluide incompressible, généralement un liquide, conserve son volume malgré les variations de pression.

13. Dans une presse hydraulique, le petit piston de surface S1S_1 reçoit une force F1F_1 ; quelle force F3F_3 agit sur le piston de surface S3S_3 ?

F3=S3−S1S1F1F_3=\frac{S_3-S_1}{S_1}F_1
F3=S1+S3S1F1F_3=\frac{S_1+S_3}{S_1}F_1
F3=S1S3F1F_3=\frac{S_1}{S_3}F_1
F3=S3S1F1F_3=\frac{S_3}{S_1}F_1

$$F_3=\frac{S_3}{S_1}F_1$$

Explication

L’égalité des variations de pression impose F1S1=F3S3\frac{F_1}{S_1}=\frac{F_3}{S_3}, d’où la relation indiquée. Le rapport inversé entre les surfaces ne respecte pas cette égalité.

14. Un solide est partiellement immergé dans un fluide de masse volumique ρfluide\rho_{\mathrm{fluide}} ; comment calculer l’intensité de la poussée d’Archimède ?

TA=ρfluideVtotgT_A=\rho_{\mathrm{fluide}}V_{\mathrm{tot}}g
TA=ρfluidegT_A=\rho_{\mathrm{fluide}}g
TA=ρfluideVimmgT_A=\rho_{\mathrm{fluide}}V_{\mathrm{imm}}g
TA=VimmgρfluideT_A=\frac{V_{\mathrm{imm}}g}{\rho_{\mathrm{fluide}}}

$$T_A=\rho_{\mathrm{fluide}}V_{\mathrm{imm}}g$$

Explication

La poussée dépend de la masse volumique du fluide, du volume immergé et de l’accélération de la pesanteur. Employer le volume total du solide surestime la poussée lorsque le corps n’est que partiellement immergé.

15. Que mesure le débit volumique à travers une section ?

La pression exercée par le fluide sur la section.
La masse de fluide qui la traverse par unité de temps.
La vitesse du fluide mesurée en un point de la section.
Le volume de fluide qui la traverse par unité de temps.

Le volume de fluide qui la traverse par unité de temps.

Explication

Le débit volumique correspond au volume de fluide traversant une section pendant une unité de temps. La masse traversant la section par unité de temps décrit le débit massique, et non le débit volumique.

16. Quelle expression reste constante le long d’un écoulement considéré dans un même fluide selon la relation fondamentale de l’hydrodynamique ?

P+ρgz−12ρv2=cteP+\rho gz-\frac{1}{2}\rho v^2=\text{cte}
P−ρgz+12ρv2=cteP-\rho gz+\frac{1}{2}\rho v^2=\text{cte}
P+ρgz+12ρv2=cteP+\rho gz+\frac{1}{2}\rho v^2=\text{cte}
P+ρgz+ρv2=cteP+\rho gz+\rho v^2=\text{cte}

$$P+\rho gz+\frac{1}{2}\rho v^2=\text{cte}$$

Explication

La relation associe la pression, le terme gravitationnel et le terme cinétique sous la forme P+ρgz+12ρv2P+\rho gz+\frac{1}{2}\rho v^2, qui demeure constante le long du cas considéré. Omettre le facteur 12\frac{1}{2} dans le terme cinétique ne respecte pas cette relation.

17. Dans un baromètre, comment relier la pression atmosphérique à la hauteur de la colonne de liquide ?

En additionnant la pression au sommet de la colonne au produit de la masse volumique et de l’accélération de la pesanteur.
En multipliant la masse volumique du liquide par l’accélération de la pesanteur et la différence d’altitude entre les interfaces liquide-vide.
En multipliant la masse volumique du liquide par l’accélération de la pesanteur et la hauteur totale du récipient.
En divisant l’accélération de la pesanteur par le produit de la masse volumique et de la différence d’altitude.

En multipliant la masse volumique du liquide par l’accélération de la pesanteur et la différence d’altitude entre les interfaces liquide-vide.

Explication

La pression atmosphérique est égale à ρfgH\rho_f g H, où HH représente la différence d’altitude entre les interfaces du liquide et du vide. La hauteur pertinente n’est pas la hauteur totale du récipient, mais cet écart d’altitude.

18. Comment définit-on la masse volumique d’un corps ?

Comme le rapport de sa masse à son poids, exprimé en mètres cubes
Comme le rapport de sa masse à son volume, exprimé en kg/m³
Comme le rapport de son volume à sa masse, exprimé en kg/m³
Comme le rapport de son poids à son volume, exprimé en kilogrammes

Comme le rapport de sa masse à son volume, exprimé en kg/m³

Explication

La masse volumique indique la masse contenue par unité de volume et s’exprime en kg/m³. L’inversion du rapport entre volume et masse ne correspond pas à cette grandeur.

19. Quelle description caractérise la poussée d’Archimède exercée sur un corps immergé ?

Une force opposée au poids, appliquée au centre de gravité du corps et égale au poids du corps immergé.
Une force opposée au poids, appliquée au centre de gravité du volume immergé et égale au poids du fluide déplacé.
Une force perpendiculaire au poids, appliquée à la surface du fluide et égale au poids du fluide déplacé.
Une force parallèle au poids, appliquée au centre de gravité du corps et égale au poids du fluide déplacé.

Une force opposée au poids, appliquée au centre de gravité du volume immergé et égale au poids du fluide déplacé.

Explication

La poussée est orientée à l’opposé du poids, s’applique au centre de gravité du volume immergé et a l’intensité du poids du fluide déplacé. Le point d’application n’est pas, en général, le centre de gravité de l’ensemble du corps.

20. Une force F⃗\vec{F} fait un angle θ\theta avec la normale à une surface d’aire SS. Quelle expression donne la pression exercée sur cette surface ?

P=∥F⃗∥∣cos⁡θ∣SP = \frac{\lVert\vec{F}\rVert |\cos\theta|}{S}
P=S∥F⃗∥∣cos⁡θ∣P = \frac{S}{\lVert\vec{F}\rVert |\cos\theta|}
P=∥F⃗∥S∣cos⁡θ∣P = \lVert\vec{F}\rVert S |\cos\theta|
P=∥F⃗∥∣sin⁡θ∣SP = \frac{\lVert\vec{F}\rVert |\sin\theta|}{S}

$$P = \frac{\lVert\vec{F}\rVert |\cos\theta|}{S}$$

Explication

La composante perpendiculaire à la surface vaut ∥F⃗∥∣cos⁡θ∣\lVert\vec{F}\rVert |\cos\theta|, et la pression est cette composante divisée par SS. Le sinus donnerait la composante parallèle lorsque l’angle est défini par rapport à la normale.

21. Dans une canalisation sans perte latérale où le débit volumique reste constant, comment les vitesses se comparent-elles lorsque la section de sortie est plus petite que la section d’entrée ?

La vitesse de sortie est plus grande, car Se+ve=Ss+vsS_e+v_e=S_s+v_s.
Les deux vitesses sont égales, car le débit volumique reste constant.
La vitesse de sortie est plus petite, car Seve=SsvsS_e v_e=S_s v_s.
La vitesse de sortie est plus grande, car Seve=SsvsS_e v_e=S_s v_s.

La vitesse de sortie est plus grande, car $$S_e v_e=S_s v_s$$.

Explication

La conservation du débit impose Seve=SsvsS_e v_e=S_s v_s ; une section de sortie plus petite exige donc une vitesse de sortie plus grande. Des vitesses égales ne satisferaient pas cette égalité lorsque les sections diffèrent.

22. Quelle grandeur sans dimension compare la masse volumique d’un corps à celle d’un corps de référence ?

Le poids, qui est le rapport de deux masses volumiques
La densité, qui est le rapport de deux masses volumiques
La masse volumique, qui est le rapport de deux volumes
La pression, qui est le rapport d’une masse à une surface

La densité, qui est le rapport de deux masses volumiques

Explication

La densité est le rapport entre la masse volumique du corps et celle d’un corps de référence, donc elle est sans dimension. La masse volumique, contrairement à la densité, s’exprime en kg/m³.

23. Comment relier le débit massique au débit volumique d’un fluide de masse volumique ρ\rho ?

Dm=ρ−DvD_m=\rho-D_v
Dm=DvρD_m=\frac{D_v}{\rho}
Dm=ρDvD_m=\rho D_v
Dm=ρ+DvD_m=\rho+D_v

$$D_m=\rho D_v$$

Explication

Le débit massique s’obtient en multipliant le débit volumique par la masse volumique du fluide. Le diviser par la masse volumique ne convertit pas un volume écoulé par unité de temps en masse écoulée par unité de temps.

24. Pour déterminer la pression exercée sur une surface, quelle composante de la force faut-il rapporter à l’aire de cette surface ?

L’intensité de la composante parallèle à la surface
L’intensité totale de la force multipliée par l’aire
La composante perpendiculaire multipliée par l’aire
L’intensité de la composante perpendiculaire à la surface

L’intensité de la composante perpendiculaire à la surface

Explication

La pression est le rapport entre l’intensité de la composante perpendiculaire de la force et l’aire de la surface. La composante parallèle ne fournit pas la contribution normale nécessaire à ce calcul.

Révisez avec les flashcards

Mémorisez les réponses avec 56 flashcards sur Biophysique des fluides.

Qu’est-ce qu’un fluide ?

Un liquide ou un gaz.

Quand un fluide relève-t-il de l’hydrostatique ?

Lorsqu’il est immobile.

Qu’est-ce qu’un fluide compressible sous l’effet de la pression ?

Un fluide dont le volume varie.

Voir les flashcards →

Approfondir avec la fiche

Consultez la fiche de révision complète sur Biophysique des fluides.

Voir la fiche →

Cours similaires

Exemples de matière

Chimie

Reproduction végétale et histoire géologique

SVT

Probabilités et événements indépendants

Mathématiques

Réplication de l’ADN et PCR

SVT

Fonctionnement du système nerveux

SVT

Grandeurs, forces et cinématique

Physique

Crée tes propres QCM

Importe ton cours et l'IA génère des QCM avec corrections en 30 secondes.

Générateur de QCM