QCM : Généralités de mécanique des fluides — 16 questions

Questions et réponses du QCM

1. Quelle distinction décrit correctement la mécanique des fluides et la mécanique du solide ?

La première étudie les liquides et les gaz, tandis que la seconde étudie les corps solides
La première étudie les corps solides, tandis que la seconde étudie les liquides et les gaz
La première étudie les liquides au repos, tandis que la seconde étudie les gaz compressibles
La première étudie les gaz, tandis que la seconde étudie les liquides en mouvement

La première étudie les liquides et les gaz, tandis que la seconde étudie les corps solides

Explication

La mécanique des fluides concerne les liquides et les gaz, alors que la mécanique du solide porte sur les corps solides. Confondre ces domaines revient à attribuer l’étude des fluides à la mécanique du solide.

2. Quel domaine analyse le mouvement des liquides et leur interaction avec des corps solides ?

L’aérodynamique
L’hydrodynamique
La thermodynamique des gaz
La mécanique des solides

L’hydrodynamique

Explication

L’hydrodynamique étudie le mouvement des liquides ainsi que leurs interactions avec les corps solides. L’aérodynamique concerne pour sa part l’étude des gaz.

3. Lorsqu’un liquide est soumis à une variation de pression à volume fixe, quelle évolution de sa masse volumique est retenue dans le modèle usuel ?

Sa masse volumique reste constante, car le liquide est considéré comme incompressible
Sa masse volumique devient variable, comme celle d’un gaz compressible
Sa masse volumique diminue, car le liquide se dilate sous l’effet de la pression
Sa masse volumique augmente, car le liquide absorbe la pression appliquée

Sa masse volumique reste constante, car le liquide est considéré comme incompressible

Explication

Un liquide est modélisé comme incompressible, donc sa masse volumique ρ\rho reste constante dans cette situation. Le comportement compressible correspond plutôt aux gaz.

4. Un corps plongé dans un fluide déplace un certain volume de fluide. Que stipule le théorème d’Archimède à propos de la force exercée sur ce corps ?

La poussée est égale à la masse du corps immergé
La poussée est égale à la pression exercée sur le fluide
La poussée est égale au volume total du corps plongé
La poussée est égale au poids du fluide déplacé

La poussée est égale au poids du fluide déplacé

Explication

Le théorème d’Archimède relie la poussée au poids du fluide déplacé par le corps. La masse ou le volume du corps ne suffisent donc pas, à eux seuls, à définir cette poussée.

5. À quelle température la masse volumique de l’eau atteint-elle sa valeur maximale, contribuant ainsi au maintien de la glace en surface ?

À 0 °C
À 20 °C
À 100 °C
À 4 °C

À 4 °C

Explication

La masse volumique de l’eau est maximale à 4 °C, tandis que la glace est moins dense et reste en surface. Assimiler la température de densité maximale à la température de fusion constitue la confusion pertinente.

6. Quelle équation relie la pression absolue, le volume, la quantité de matière et la température d’un gaz parfait ?

τ=FA\tau = \frac{F}{A}
PV=nRTPV = nRT
ν=μρ\nu = \frac{\mu}{\rho}
P=ρrTP = \rho r T

$$PV = nRT$$

Explication

Pour un gaz parfait, la relation thermodynamique est PV=nRTPV = nRT, avec la pression absolue. La relation P=ρrTP = \rho r T utilise une autre formulation fondée sur la masse volumique et la constante spécifique du gaz.

7. Quelle grandeur la viscosité permet-elle de caractériser dans un fluide soumis à un cisaillement ?

La pression thermodynamique, définie par P=ρrTP = \rho r T
La contrainte de cisaillement, définie par τ=FA\tau = \frac{F}{A}
La viscosité cinématique, définie par ν=μρ\nu = \frac{\mu}{\rho}
La masse volumique, définie par ρ=dmdV\rho = \frac{dm}{dV}

La contrainte de cisaillement, définie par $$\tau = \frac{F}{A}$$

Explication

La viscosité est associée à la force de cisaillement rapportée à la surface, soit τ=FA\tau = \frac{F}{A}. Les autres relations concernent respectivement la masse volumique, la viscosité cinématique et une relation de gaz.

8. Un fluide possède une viscosité dynamique μ\mu et une masse volumique ρ\rho. Quelle expression donne sa viscosité cinématique ?

ν=μρ\nu = \mu\rho
ν=ρμ\nu = \frac{\rho}{\mu}
ν=μ+ρ\nu = \mu + \rho
ν=μρ\nu = \frac{\mu}{\rho}

$$\nu = \frac{\mu}{\rho}$$

Explication

La viscosité cinématique se calcule en divisant la viscosité dynamique par la masse volumique, selon ν=μρ\nu = \frac{\mu}{\rho}, et s’exprime en m²/s. Le produit ou l’inversion des deux grandeurs ne correspond pas à cette définition.

9. Un écoulement transporte un fluide de masse volumique ρ\rho avec une vitesse moyenne VV à travers une section SS. Quelle expression donne le débit massique ?

Qm=VSρQ_m = \frac{V S}{\rho}
Qm=ρ+V+SQ_m = \rho + V + S
Qm=VSQ_m = V S
Qm=ρVSQ_m = \rho V S

$$Q_m = \rho V S$$

Explication

Le débit massique tient compte de la masse volumique et vaut Qm=ρVSQ_m = \rho V S, en kg/s. L’expression VSV S correspond au débit volumique, qui ne contient pas le facteur ρ\rho.

10. Quelle expression permet de calculer le nombre de Reynolds à partir de la masse volumique, de la vitesse, du diamètre et de la viscosité dynamique ?

Re=ρVDμRe = \frac{\rho V D}{\mu}
Re=ρμVDRe = \frac{\rho\mu}{V D}
Re=VDρμRe = \frac{V D}{\rho\mu}
Re=μVDρRe = \frac{\mu V D}{\rho}

$$Re = \frac{\rho V D}{\mu}$$

Explication

Le nombre de Reynolds vérifie Re=ρVDμRe = \frac{\rho V D}{\mu}, ce qui est équivalent à Re=VDνRe = \frac{V D}{\nu}. Inverser la viscosité dynamique et la masse volumique conduit à une expression incompatible avec cette définition.

11. Quel domaine étudie les conditions d’équilibre d’un fluide au repos ?

La thermodynamique des gaz
La dynamique des fluides
La statique des fluides
La mécanique des solides

La statique des fluides

Explication

La statique des fluides analyse l’équilibre d’un fluide immobile. La dynamique des fluides concerne, elle, les fluides en mouvement.

12. Quelle relation décrit l’élément de force exercé par une paroi sur un élément de surface ?

dF⃗=−pn⃗ dSd\vec{F}=-p\vec{n}\,dS
dF⃗=−pdSn⃗d\vec{F}=-\frac{p}{dS}\vec{n}
dF⃗=p dS t⃗d\vec{F}=p\,dS\,\vec{t}
dF⃗=pn⃗ dSd\vec{F}=p\vec{n}\,dS

$$d\vec{F}=-p\vec{n}\,dS$$

Explication

La force élémentaire exercée par la paroi est opposée à la normale et vaut dF⃗=−pn⃗ dSd\vec{F}=-p\vec{n}\,dS, en newtons. Une expression sans signe négatif ne traduit pas cette orientation opposée.

13. Une force de 200 N s’exerce uniformément sur une surface de 0,5 m². Quelle pression est produite ?

100 Pa
0,0025 Pa
200,5 Pa
400 Pa

400 Pa

Explication

La pression se calcule par p=FSp=\frac{F}{S}, donc p=2000,5=400 Pap=\frac{200}{0,5}=400\ \text{Pa}. La valeur 100 Pa résulterait d’une division incorrecte par une surface deux fois trop grande.

14. Selon le principe de Pascal présenté ici, comment détermine-t-on la pression en un point d’un fluide ?

En multipliant la pression de surface par la profondeur du point
En soustrayant la pression atmosphérique de la pression locale
En additionnant les pressions situées au-dessus de ce point
En divisant la force totale par la masse du fluide

En additionnant les pressions situées au-dessus de ce point

Explication

Le principe de Pascal énonce que la pression en un point est la somme des pressions situées au-dessus de ce point. La profondeur peut influencer la pression, mais elle n’est pas elle-même une opération de multiplication dans cette formulation.

15. Quel ensemble de grandeurs est conservé dans la loi fondamentale de la mécanique des fluides ?

La force, la surface et la vitesse
La masse, la quantité de mouvement et l’énergie
Le volume, la densité et la hauteur
La pression, la température et la viscosité

La masse, la quantité de mouvement et l’énergie

Explication

La mécanique des fluides s’appuie sur la conservation de la masse, de la quantité de mouvement et de l’énergie. La pression, la température et la viscosité sont des grandeurs importantes, mais elles ne constituent pas l’ensemble demandé des lois de conservation.

16. Quel domaine englobe l’étude des fluides au repos et en mouvement ainsi que l’application de la loi fondamentale de la mécanique ?

La statique des fluides
La mécanique des fluides
La mécanique des structures
La dynamique des solides

La mécanique des fluides

Explication

La mécanique des fluides comprend les aspects statiques et dynamiques des fluides et applique la loi fondamentale de la mécanique. La statique des fluides ne couvre que les situations de repos.

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Quelles catégories comprend un fluide en mécanique des fluides ?

Les liquides et les gaz.

Quelle différence principale existe entre mécanique des fluides et mécanique du solide ?

La mécanique des fluides étudie les liquides et gaz, pas les solides.

Que distingue l’hydrodynamique de l’aérodynamique ?

L’hydrodynamique étudie les liquides, l’aérodynamique les gaz.

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