QCM : Statique des fluides (12 questions)

Question 1

1. Une force pressante de $600\ \text{N}$ agit sur une surface de $0{,}020\ \text{m}^2$ . Quelle pression exerce-t-elle ?

3{,}0\times10^3\ \text{Pa}

3{,}3\times10^{-5}\ \text{Pa}

1{,}2\times10^1\ \text{Pa}

3{,}0\times10^4\ \text{Pa}

Explication

La pression est le quotient de la force par la surface : $P=F/S=600/0{,}020=3{,}0\times10^4\ \text{Pa}$ . Le produit donne $12\ \text{N}\cdot\text{m}^2$ , le quotient inversé donne une grandeur différente, et l’erreur de facteur dix mène à $3{,}0\times10^3\ \text{Pa}$ .

Answer

$$3{,}0\times10^4\ \text{Pa}$$

Question 2

2. Une vitre sépare deux pièces où l’air est à la même pression atmosphérique. Pourquoi les forces pressantes de l’air ne la brisent-elles pas ?

Les forces exercées des deux côtés se compensent.

L’air intérieur n’exerce pas de force sur la vitre.

La rigidité du verre annule la pression de l’air extérieur.

Les forces exercées des deux côtés s’ajoutent sans déplacer la vitre.

Explication

À pression atmosphérique égale de part et d’autre, les forces pressantes se compensent, ce qui évite que la vitre casse sous leur effet. Les forces ne s’ajoutent pas, l’air intérieur exerce bien une force, et la compensation ne vient pas de la rigidité du verre.

Answer

Les forces exercées des deux côtés se compensent.

Question 3

3. Un gaz est comprimé à température constante : son volume diminue tandis que sa quantité reste la même. Quelle relation décrit l’évolution de sa pression et de son volume ?

La pression reste constante tandis que le volume diminue.

Le quotient de la pression par le volume reste constant.

Le volume reste constant tandis que la pression augmente.

Le produit de la pression par le volume reste constant.

Explication

À température constante, la loi de Boyle-Mariotte impose que le produit $PV$ d’une quantité de gaz reste constant. Une pression constante, un quotient constant ou un volume constant ne traduit pas cette loi.

Answer

Le produit de la pression par le volume reste constant.

Question 4

4. Un gaz passe d’un état où sa pression vaut $120\ \text{kPa}$ et son volume $4{,}0\ \text{L}$ à un volume de $3{,}0\ \text{L}$ , à température constante. Quelle est sa pression finale ?

160\ \text{kPa}

90\ \text{kPa}

120\ \text{kPa}

40\ \text{kPa}

Explication

Pour deux états du même gaz à température constante, $P_1V_1=P_2V_2$ , donc $P_2=P_1V_1/V_2=120\times4{,}0/3{,}0=160\ \text{kPa}$ . Inverser le rapport donne $90\ \text{kPa}$ , soustraire les volumes mène à $40\ \text{kPa}$ , et garder la pression initiale néglige la compression.

Answer

$$160\ \text{kPa}$$

Question 5

5. Dans un liquide au repos, le point 2 se trouve 3,0 m plus haut que le point 1. Quelle relation donne la différence de pression entre ces deux points ?

P_2-P_1=\rho g/3{,}0

P_2-P_1=P_{\mathrm{atm}}+3{,}0\rho g

P_2-P_1=-3{,}0\rho g

P_2-P_1=3{,}0\rho g

Explication

La relation hydrostatique est $P_2-P_1=\rho g(z_1-z_2)$ ; comme le point 2 est 3,0 m plus haut, $z_1-z_2=-3{,}0\,\mathrm{m}$ . Le signe positif inverse la différence d’altitude, la division par 3,0 confond hauteur et inverse de hauteur, et l’ajout de la pression atmosphérique transforme une différence en pression absolue.

Answer

$$P_2-P_1=-3{,}0\rho g$$

Question 6

6. Un plongeur se trouve à 4,0 m sous la surface d’un lac ouvert à l’atmosphère. Quelle expression représente la pression absolue à sa profondeur, si la masse volumique de l’eau est $\rho$ ?

P=P_{\mathrm{atm}}-\rho g(4{,}0\,\mathrm{m})

P=P_{\mathrm{atm}}+\rho g(4{,}0\,\mathrm{m})

P=2P_{\mathrm{atm}}+\rho g(4{,}0\,\mathrm{m})

P=\rho g(4{,}0\,\mathrm{m})

Explication

Sous une surface exposée à l’atmosphère, la pression absolue est la somme de la pression atmosphérique et de la contribution hydrostatique, soit $P=P_{\mathrm{atm}}+\rho gh$ . L’expression sans $P_{\mathrm{atm}}$ donne la pression relative, la soustraction inverse l’effet de la profondeur et le double ajout compte deux fois la pression atmosphérique.

Answer

$$P=P_{\mathrm{atm}}+\rho g(4{,}0\,\mathrm{m})$$

Question 7

7. Dans un tube en U contenant deux liquides immobiles et communicants, on compare deux points situés à la même altitude, l’un dans chaque colonne. Quelle condition caractérise l’équilibre ?

La pression du point dans le liquide le plus dense est supérieure.

Les hauteurs des deux colonnes sont égales.

Les pressions aux deux points sont égales.

Les pressions aux deux points sont proportionnelles aux hauteurs totales.

Explication

À l’équilibre, deux points au même niveau dans des colonnes de liquides communicantes ont la même pression; cela permet d’égaliser les expressions hydrostatiques des colonnes. Comparer les surfaces libres ne respecte pas le niveau commun, une différence de pression signale un déséquilibre, et l’équilibre n’impose pas des hauteurs égales.

Answer

Les pressions aux deux points sont égales.

Question 8

8. Dans un dispositif en équilibre, une colonne d’huile de hauteur $H=12\,\mathrm{cm}$ est compensée par une différence de niveau d’eau de $h=9\,\mathrm{cm}$ . Si $\rho_{\mathrm{eau}}=1000\,\mathrm{kg\,m^{-3}}$ , quelle est la masse volumique de l’huile ?

250\,\mathrm{kg\,m^{-3}}

750\,\mathrm{kg\,m^{-3}}

1750\,\mathrm{kg\,m^{-3}}

1333\,\mathrm{kg\,m^{-3}}

Explication

L’équilibre impose $\rho_{\mathrm{huile}}H=\rho_{\mathrm{eau}}h$ , donc $\rho_{\mathrm{huile}}=1000\times\frac{9}{12}=750\,\mathrm{kg\,m^{-3}}$ . Le rapport inversé donne environ 1333, la somme des hauteurs mène à 1750 et leur différence à 250.

Answer

$$750\,\mathrm{kg\,m^{-3}}$$

Question 9

9. Une personne aspire dans une paille : la pression dans sa bouche devient inférieure à la pression atmosphérique. Quel phénomène fait alors monter le liquide ?

La pression réduite dans la paille pousse le liquide vers le bas

Le liquide monte jusqu’à ce que sa pression devienne nulle

La bouche tire le liquide vers le haut par une force d’aspiration

La pression atmosphérique pousse le liquide jusqu’à l’équilibre avec la colonne

Explication

La pression atmosphérique pousse le liquide vers la zone de pression plus faible, jusqu’à ce que la pression exercée par la colonne de liquide équilibre la différence de pression. L’idée d’une traction directe par la bouche confond la cause avec l’effet, et une pression réduite ne pousse pas le liquide vers le bas ni ne rend sa pression nulle.

Answer

La pression atmosphérique pousse le liquide jusqu’à l’équilibre avec la colonne

Question 10

10. Un plongeur descend et la pression augmente. Pourquoi le volume de ses poumons ne se réduit-il pas jusqu’à la valeur calculée en considérant uniquement l’air ?

L’air pulmonaire se dilate lorsque la pression ambiante augmente

La pression ambiante diminue à mesure que le plongeur descend

Le sang compressible suit la loi de Boyle-Mariotte avec l’air

Le sang incompressible contribue au maintien du volume pulmonaire

Explication

La pression croissante comprime l’air selon la loi de Boyle-Mariotte, mais le sang, liquide incompressible, contribue au maintien du volume des poumons. Traiter le sang comme un gaz confond ses propriétés avec celles de l’air, tandis que la descente augmente la pression ambiante.

Answer

Le sang incompressible contribue au maintien du volume pulmonaire

Question 11

11. Dans un baromètre à liquide, la colonne est immobile à l’équilibre. Quelle relation permet de relier la pression atmosphérique à la masse volumique du liquide, à la gravité et à la hauteur de la colonne ?

P_{\mathrm{atm}}=\frac{\rho g}{H}

P_{\mathrm{atm}}=\rho gH

P_{\mathrm{atm}}=\rho H

P_{\mathrm{atm}}=\frac{gH}{\rho}

Explication

À l’équilibre, la pression atmosphérique compense la pression hydrostatique de la colonne, soit $P_{\mathrm{atm}}=\rho gH$ . L’inversion de la masse volumique, la division par la hauteur et l’omission de $g$ ne traduisent pas la pression hydrostatique.

Answer

$$P_{\mathrm{atm}}=\rho gH$$

Question 12

12. Dans un tube où l’air a été évacué, quelle hauteur maximale d’eau peut être soutenue par la pression atmosphérique ?

Environ 0,760 m

Environ 1,03 m

Environ 10,3 m

Environ 20,6 m

Explication

La pression atmosphérique peut soutenir une colonne d’eau d’environ 10,3 m lorsque l’air a été évacué du tube. La valeur de 0,760 m correspond à la colonne de mercure, tandis que les autres valeurs ne correspondent pas à la hauteur d’eau donnée.

Answer

Environ 10,3 m

QCM : Statique des fluides (12 questions)

Questions et réponses du QCM

1. Une force pressante de $600\ \text{N}$ agit sur une surface de $0{,}020\ \text{m}^2$ . Quelle pression exerce-t-elle ?

2. Une vitre sépare deux pièces où l’air est à la même pression atmosphérique. Pourquoi les forces pressantes de l’air ne la brisent-elles pas ?

3. Un gaz est comprimé à température constante : son volume diminue tandis que sa quantité reste la même. Quelle relation décrit l’évolution de sa pression et de son volume ?

4. Un gaz passe d’un état où sa pression vaut $120\ \text{kPa}$ et son volume $4{,}0\ \text{L}$ à un volume de $3{,}0\ \text{L}$ , à température constante. Quelle est sa pression finale ?

5. Dans un liquide au repos, le point 2 se trouve 3,0 m plus haut que le point 1. Quelle relation donne la différence de pression entre ces deux points ?

6. Un plongeur se trouve à 4,0 m sous la surface d’un lac ouvert à l’atmosphère. Quelle expression représente la pression absolue à sa profondeur, si la masse volumique de l’eau est $\rho$ ?

7. Dans un tube en U contenant deux liquides immobiles et communicants, on compare deux points situés à la même altitude, l’un dans chaque colonne. Quelle condition caractérise l’équilibre ?

8. Dans un dispositif en équilibre, une colonne d’huile de hauteur $H=12\,\mathrm{cm}$ est compensée par une différence de niveau d’eau de $h=9\,\mathrm{cm}$ . Si $\rho_{\mathrm{eau}}=1000\,\mathrm{kg\,m^{-3}}$ , quelle est la masse volumique de l’huile ?

9. Une personne aspire dans une paille : la pression dans sa bouche devient inférieure à la pression atmosphérique. Quel phénomène fait alors monter le liquide ?

10. Un plongeur descend et la pression augmente. Pourquoi le volume de ses poumons ne se réduit-il pas jusqu’à la valeur calculée en considérant uniquement l’air ?

11. Dans un baromètre à liquide, la colonne est immobile à l’équilibre. Quelle relation permet de relier la pression atmosphérique à la masse volumique du liquide, à la gravité et à la hauteur de la colonne ?

12. Dans un tube où l’air a été évacué, quelle hauteur maximale d’eau peut être soutenue par la pression atmosphérique ?

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QCM : Statique des fluides (12 questions)

Questions et réponses du QCM

1. Une force pressante de 600 N600\ \text{N}600 N agit sur une surface de 0,020 m20{,}020\ \text{m}^20,020 m2. Quelle pression exerce-t-elle ?

2. Une vitre sépare deux pièces où l’air est à la même pression atmosphérique. Pourquoi les forces pressantes de l’air ne la brisent-elles pas ?

3. Un gaz est comprimé à température constante : son volume diminue tandis que sa quantité reste la même. Quelle relation décrit l’évolution de sa pression et de son volume ?

4. Un gaz passe d’un état où sa pression vaut 120 kPa120\ \text{kPa}120 kPa et son volume 4,0 L4{,}0\ \text{L}4,0 L à un volume de 3,0 L3{,}0\ \text{L}3,0 L, à température constante. Quelle est sa pression finale ?

5. Dans un liquide au repos, le point 2 se trouve 3,0 m plus haut que le point 1. Quelle relation donne la différence de pression entre ces deux points ?

6. Un plongeur se trouve à 4,0 m sous la surface d’un lac ouvert à l’atmosphère. Quelle expression représente la pression absolue à sa profondeur, si la masse volumique de l’eau est ρ\rhoρ ?

7. Dans un tube en U contenant deux liquides immobiles et communicants, on compare deux points situés à la même altitude, l’un dans chaque colonne. Quelle condition caractérise l’équilibre ?

9. Une personne aspire dans une paille : la pression dans sa bouche devient inférieure à la pression atmosphérique. Quel phénomène fait alors monter le liquide ?

10. Un plongeur descend et la pression augmente. Pourquoi le volume de ses poumons ne se réduit-il pas jusqu’à la valeur calculée en considérant uniquement l’air ?

11. Dans un baromètre à liquide, la colonne est immobile à l’équilibre. Quelle relation permet de relier la pression atmosphérique à la masse volumique du liquide, à la gravité et à la hauteur de la colonne ?

12. Dans un tube où l’air a été évacué, quelle hauteur maximale d’eau peut être soutenue par la pression atmosphérique ?

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1. Une force pressante de $600\ \text{N}$ agit sur une surface de $0{,}020\ \text{m}^2$ . Quelle pression exerce-t-elle ?

4. Un gaz passe d’un état où sa pression vaut $120\ \text{kPa}$ et son volume $4{,}0\ \text{L}$ à un volume de $3{,}0\ \text{L}$ , à température constante. Quelle est sa pression finale ?

6. Un plongeur se trouve à 4,0 m sous la surface d’un lac ouvert à l’atmosphère. Quelle expression représente la pression absolue à sa profondeur, si la masse volumique de l’eau est $\rho$ ?