QCM : Mécanique des fluides — 26 questions

Questions et réponses du QCM

1. Quelle distinction décrit correctement l’organisation microscopique des trois états de la matière considérés ?

Les trois états possèdent une structure ordonnée, mais leurs particules ont des espacements différents.
Les solides ont une structure désordonnée, tandis que les liquides et les gaz ont une structure ordonnée.
Les solides et les liquides ont une structure ordonnée, tandis que les gaz ont une structure désordonnée.
Les solides ont une structure ordonnée, tandis que les liquides et les gaz ont une structure désordonnée.

Les solides ont une structure ordonnée, tandis que les liquides et les gaz ont une structure désordonnée.

Explication

Les particules d’un solide sont organisées selon une structure ordonnée, contrairement à celles des liquides et des gaz, qui présentent une organisation désordonnée. Confondre les liquides avec les solides conduit à leur attribuer à tort une structure ordonnée.

2. Comment s’exerce la pression sur une surface de contact ?

Elle s’exerce selon une direction indépendante de la surface.
Elle s’exerce perpendiculairement à la surface de contact.
Elle s’exerce parallèlement à la surface de contact.
Elle s’exerce dans la direction du déplacement de la surface.

Elle s’exerce perpendiculairement à la surface de contact.

Explication

La pression correspond à une force exercée perpendiculairement à une surface de contact. Une force parallèle à cette surface est tangentielle et ne caractérise pas la pression définie ici.

3. Une force uniforme de 200 N agit perpendiculairement sur une surface de 0,50 m² : quelle pression exerce-t-elle ?

0,0025 Pa0,0025\ \mathrm{Pa}
400 Pa400\ \mathrm{Pa}
100 Pa100\ \mathrm{Pa}
200,5 Pa200,5\ \mathrm{Pa}

$$400\ \mathrm{Pa}$$

Explication

La relation P=FSP=\frac{F}{S} donne ici P=2000,50=400 PaP=\frac{200}{0,50}=400\ \mathrm{Pa}. Multiplier la force par la surface, plutôt que la diviser, ne correspond pas à la définition de la pression.

4. Dans un fluide homogène au repos, que se passe-t-il lorsque l’altitude augmente dans un axe vertical orienté vers le haut ?

La pression augmente selon ΔP=ρgΔZ\Delta P=\rho g\Delta Z.
La pression diminue selon ΔP=−ρgΔZ\Delta P=-\rho g\Delta Z.
La pression devient nulle selon ΔP=−gΔZ\Delta P=-g\Delta Z.
La pression reste constante selon ΔP=ρgΔZ\Delta P=\rho g\Delta Z.

La pression diminue selon $$\Delta P=-\rho g\Delta Z$$.

Explication

Lorsque l’altitude augmente, ΔZ\Delta Z est positif et la relation ΔP=−ρgΔZ\Delta P=-\rho g\Delta Z entraîne une diminution de la pression. L’expression sans signe négatif décrit au contraire une variation croissante avec l’altitude, ce qui inverse le comportement hydrostatique.

5. Deux récipients contiennent la même hauteur d’eau et possèdent des surfaces de fond identiques, mais leurs formes diffèrent : comment comparer les forces de pression sur les fonds ?

Elles diffèrent, car elles dépendent directement de la forme du récipient.
Elles diffèrent, car la pression est plus forte dans le récipient le plus large.
Elles sont égales, car elles ne dépendent pas de la forme du récipient.
Elles sont égales, car la masse d’eau est identique dans les deux récipients.

Elles sont égales, car elles ne dépendent pas de la forme du récipient.

Explication

Le paradoxe hydrostatique établit que, pour une même hauteur d’eau et une même surface de fond, la force de pression est indépendante de la forme du récipient. L’égalité éventuelle des masses d’eau n’est pas la condition déterminante, car les formes peuvent produire des volumes différents.

6. Un objet immergé déplace un volume de fluide de 0,020 m30,020\ \mathrm{m^3} dans un fluide de masse volumique 800 kg m−3800\ \mathrm{kg\,m^{-3}}, avec g=10 N kg−1g=10\ \mathrm{N\,kg^{-1}} : quelle poussée d’Archimède subit-il ?

16 N16\ \mathrm{N}
0,0025 N0,0025\ \mathrm{N}
400 N400\ \mathrm{N}
160 N160\ \mathrm{N}

$$160\ \mathrm{N}$$

Explication

La poussée d’Archimède se calcule avec FPA=ρgVF_{PA}=\rho gV, donc FPA=800×10×0,020=160 NF_{PA}=800\times10\times0,020=160\ \mathrm{N}. La valeur 16 N16\ \mathrm{N} résulte d’une erreur de facteur dix dans le produit des données.

7. Quelle expression définit la masse volumique d’un corps ?

ρ=Vm\rho=\frac{V}{m}
ρ=m+V\rho=m+V
ρ=mV\rho=mV
ρ=mV\rho=\frac{m}{V}

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

Explication

La masse volumique est le rapport de la masse d’un corps à son volume, soit ρ=mV\rho=\frac{m}{V}. L’expression Vm\frac{V}{m} est son inverse et ne représente donc pas la masse volumique.

8. Que caractérise la tension superficielle d’un liquide ?

Le lien entre l’énergie fournie et l’augmentation de la surface
La masse de liquide contenue dans une unité de volume
La pression exercée par le liquide sur le fond du récipient
La résistance du liquide à une variation de sa température

Le lien entre l’énergie fournie et l’augmentation de la surface

Explication

La tension superficielle est une grandeur intensive qui relie l’énergie fournie à l’accroissement de la surface d’un liquide. Elle ne décrit pas directement sa température, sa masse volumique ou la pression exercée sur un fond.

9. Comment évolue la surpression à l’intérieur d’une goutte d’eau lorsque son rayon diminue, la tension superficielle restant constante ?

Elle s’annule, car la goutte contient moins de liquide
Elle diminue, car la surface de la goutte devient plus petite
Elle augmente, car elle est inversement proportionnelle au rayon
Elle reste constante, car elle dépend de la pression extérieure

Elle augmente, car elle est inversement proportionnelle au rayon

Explication

La relation ΔP=2σR\Delta P=\frac{2\sigma}{R} montre que la surpression augmente lorsque le rayon diminue. La pression extérieure n’explique pas cette variation, puisque la surpression dépend du rayon de la goutte.

10. Selon la loi de Jurin, quelle modification augmente la hauteur capillaire dans un tube, si les autres paramètres restent constants ?

Augmenter la masse volumique du liquide
Diminuer le rayon intérieur du tube
Réduire la tension superficielle du liquide
Augmenter l’accélération de la pesanteur

Diminuer le rayon intérieur du tube

Explication

La loi de Jurin s’écrit h=2σcos⁡(α)ρgeh=\frac{2\sigma\cos(\alpha)}{\rho ge} : la hauteur est inversement proportionnelle au rayon du tube. Les trois autres modifications réduisent la hauteur dans les conditions où le facteur angulaire reste inchangé.

11. Quelle relation permet de calculer le travail nécessaire pour accroître la surface d’un liquide ?

dW=dSσdW=\frac{dS}{\sigma}
dW=σρdSdW=\sigma\rho dS
dW=ρgdSdW=\rho g dS
dW=σdSdW=\sigma dS

$$dW=\sigma dS$$

Explication

Le travail élémentaire associé à un accroissement de surface vérifie dW=σdSdW=\sigma dS, et la tension superficielle s’exprime en N/m. Les autres relations introduisent des facteurs qui ne figurent pas dans cette loi.

12. Quelle situation fait apparaître une pression osmotique ?

Une différence de concentration de part et d’autre d’une membrane
Une différence de hauteur due à la pesanteur dans un liquide
Une variation de température entre deux récipients ouverts
Une différence de vitesse d’écoulement dans deux conduites

Une différence de concentration de part et d’autre d’une membrane

Explication

La pression osmotique apparaît lorsqu’une différence de concentration existe de part et d’autre d’une membrane. Une différence de hauteur produit une pression hydrostatique, tandis que les deux autres situations ne définissent pas directement la pression osmotique.

13. Une solution diluée a une concentration [c][c] et une température absolue TT. Quelle expression donne sa pression osmotique ?

π=R+[c]+T\pi=R+[c]+T
π=R[c]T\pi=\frac{R[c]}{T}
π=RT[c]\pi=\frac{RT}{[c]}
π=R[c]T\pi=R[c]T

$$\pi=R[c]T$$

Explication

Pour une solution diluée, la loi de Van t’Hoff donne π=R[c]T\pi=R[c]T. La concentration et la température interviennent donc comme facteurs multiplicatifs, et non comme quotient ou somme.

14. Que se passe-t-il lorsqu’une cellule végétale est placée dans un milieu hypotonique ?

L’eau sort de la cellule et provoque sa plasmolyse
L’eau entre dans la cellule et provoque sa turgescence
La concentration extérieure devient égale à celle de la cellule
La cellule perd sa membrane et cesse toute osmose

L’eau entre dans la cellule et provoque sa turgescence

Explication

Dans un milieu hypotonique, l’eau entre dans la cellule végétale par osmose, ce qui provoque sa turgescence. La sortie d’eau accompagnée de plasmolyse correspond au milieu hypertonique.

15. Comment définit-on le débit d’un fluide à travers une section droite ?

Comme la quantité de fluide traversant la section par unité de temps
Comme la masse volumique du fluide multipliée par la section
Comme la pression exercée par le fluide sur la section
Comme la vitesse moyenne des particules au centre du tube

Comme la quantité de fluide traversant la section par unité de temps

Explication

Le débit est le quotient de la quantité de fluide traversant une section droite par la durée de l’écoulement. La pression, la vitesse et la masse volumique sont des grandeurs liées à l’écoulement, mais ne constituent pas cette définition.

16. Un liquide de masse volumique ρ\rho possède un débit volumique qvq_v. Quelle relation donne son débit massique ?

qm=ρqvq_m=\rho q_v
qm=ρ+qvq_m=\rho+q_v
qm=ρqvq_m=\frac{\rho}{q_v}
qm=qvρq_m=\frac{q_v}{\rho}

$$q_m=\rho q_v$$

Explication

Les débits massique et volumique sont liés par qm=ρqvq_m=\rho q_v, tandis que leurs définitions respectives sont qm=ΔmΔtq_m=\frac{\Delta m}{\Delta t} et qv=ΔVΔtq_v=\frac{\Delta V}{\Delta t}. Diviser ou additionner ces grandeurs ne donne pas la conversion correcte.

17. Dans un écoulement stationnaire à travers un tube de courant, que peut-on affirmer concernant le débit volumique ?

Il reste le même dans les différentes sections du tube
Il augmente nécessairement à chaque rétrécissement du tube
Il diminue lorsque la vitesse moyenne augmente
Il dépend de la section considérée sans relation de conservation

Il reste le même dans les différentes sections du tube

Explication

En régime stationnaire, le débit volumique est conservé et vérifie qv1=qv2q_{v1}=q_{v2}. Lorsqu’une section se rétrécit, la vitesse peut augmenter pour maintenir ce débit constant, mais le débit lui-même ne devient pas plus grand.

18. Dans un tube où le débit volumique reste constant, comment varie la vitesse moyenne lorsque la section diminue ?

Elle augmente afin de satisfaire v1moyS1=v2moyS2v_{1moy}S_1=v_{2moy}S_2
Elle diminue afin de conserver la masse volumique du fluide
Elle reste constante, car le débit ne dépend pas de la section
Elle devient nulle, car le passage du fluide est plus étroit

Elle augmente afin de satisfaire $$v_{1moy}S_1=v_{2moy}S_2$$

Explication

L’équation de continuité v1moyS1=v2moyS2v_{1moy}S_1=v_{2moy}S_2 implique qu’une section plus faible correspond à une vitesse moyenne plus élevée lorsque le débit est conservé. La conservation du débit ne signifie donc pas que la vitesse reste constante.

19. Dans un écoulement stationnaire, comment évoluent les paramètres caractéristiques comme la pression, la température, la vitesse et la masse volumique au cours du temps ?

Ils augmentent progressivement sous l’effet de la gravité
Ils restent constants au cours du temps en chaque point considéré
Ils varient selon la position mais aussi selon chaque instant
Ils oscillent périodiquement autour d’une valeur moyenne

Ils restent constants au cours du temps en chaque point considéré

Explication

Un écoulement stationnaire conserve ses paramètres caractéristiques constants au cours du temps en un point donné. Une variation temporelle de ces grandeurs correspondrait à un écoulement non stationnaire, même si elles peuvent varier d’un point à l’autre.

20. Quelle relation exprime le théorème de Bernoulli pour un écoulement idéal ?

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

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

Explication

Le théorème de Bernoulli additionne la pression, l’énergie potentielle volumique ρgz\rho gz et l’énergie cinétique volumique 12ρv2\frac{1}{2}\rho v^2. Les autres expressions modifient un coefficient ou le signe d’un terme énergétique.

21. Un réservoir ouvert contient un liquide et son orifice se trouve à une profondeur zz sous la surface libre. Si la pression est atmosphérique aux deux points et que la vitesse de la surface est négligeable, quelle est la vitesse de sortie ?

v=2gzv=\sqrt{2gz}
v=z2gv=\frac{z}{2g}
v=gzv=\sqrt{gz}
v=2gzv=2gz

$$v=\sqrt{2gz}$$

Explication

Dans ces conditions, le théorème de Torricelli donne la vitesse de sortie v=2gzv=\sqrt{2gz}. La mesure d’une vitesse par une différence de pression relève plutôt du principe de Pitot, et non de Torricelli.

22. Quelle grandeur caractérise les frottements entre les couches d’un fluide et s’exprime en Pa·s ?

La masse volumique
La pression dynamique
La viscosité dynamique
La viscosité cinématique

La viscosité dynamique

Explication

La viscosité dynamique μ\mu mesure les frottements internes entre couches et son unité est le Pa·s. La viscosité cinématique correspond à ν=μ/ρ\nu=\mu/\rho et s’exprime en m²/s.

23. Quelle situation décrit un régime laminaire dans une conduite ?

Les couches glissent sans se mélanger de manière ordonnée
La pression augmente tandis que la vitesse devient fluctuante
Les lignes de courant se coupent et forment des tourbillons
Le fluide change de direction autour de plusieurs obstacles

Les couches glissent sans se mélanger de manière ordonnée

Explication

En régime laminaire, les couches de fluide glissent les unes sur les autres sans se mélanger. Les lignes de courant qui se coupent et l’apparition de tourbillons caractérisent plutôt le régime turbulent.

24. Quelle association distingue correctement les pertes de charge régulières des pertes de charge singulières ?

Les régulières viennent des frottements répartis, les singulières des obstacles et changements de direction
Les régulières viennent de la pression atmosphérique, les singulières de la masse volumique
Les régulières viennent des variations de hauteur, les singulières des changements de température
Les régulières viennent des obstacles, les singulières de la viscosité répartie dans la conduite

Les régulières viennent des frottements répartis, les singulières des obstacles et changements de direction

Explication

Les pertes régulières résultent notamment des frottements, de la rugosité et de la viscosité le long de la conduite. Les pertes singulières sont liées à des éléments localisés comme les obstacles ou les changements de direction.

25. Dans un écoulement réel, où apparaît la perte de charge ΔPc\Delta P_c dans le bilan d’énergie entre les sections 1 et 2 ?

Elle remplace le terme de pression de la section 2
Elle s’ajoute au second membre du bilan entre les deux sections
Elle disparaît lorsque les vitesses moyennes sont différentes
Elle s’ajoute au premier membre avec un signe positif

Elle s’ajoute au second membre du bilan entre les deux sections

Explication

Pour un fluide réel, la relation s’écrit avec ΔPc\Delta P_c ajouté au second membre, car l’énergie mécanique diminue à cause des dissipations. Dans un écoulement idéal de Bernoulli, ce terme de perte n’apparaît pas.

26. Si le diamètre d’une canalisation cylindrique est multiplié par 2, tandis que μ\mu, LL et ΔPc\Delta P_c restent constants dans le régime laminaire, comment évolue le débit volumique selon Poiseuille ?

Il est divisé par 16
Il est multiplié par 16
Il est multiplié par 2
Il est multiplié par 4

Il est multiplié par 16

Explication

La loi de Poiseuille établit que qvq_v est proportionnel à D4D^4, donc doubler le diamètre multiplie le débit par 24=162^4=16. Une variation par 2 ou par 4 correspondrait à une dépendance d’un ordre différent au diamètre.

Révisez avec les flashcards

Mémorisez les réponses avec 49 flashcards sur Mécanique des fluides.

Quelle structure possèdent les solides ?

Une structure ordonnée.

Quelle structure possèdent les liquides et les gaz ?

Une structure désordonnée.

Qu'est-ce que la pression en physique ?

Une force exercée perpendiculairement à une surface de contact.

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