Effet Venturi : accélération, diminution de la pression
1 · Prédire
L'eau s'écoule dans un tuyau qui se rétrécit à mi-chemin, comme un tuyau d'arrosage dont le pouce est placé au bout. Qu'arrive-t-il à la pression de l'eau dans la section étroite ?
- La pression augmente dans la section étroite car l’eau est plus comprimée.
- La pression diminue dans la section étroite car l’eau accélère.
- La pression reste la même partout – seule la vitesse change.
2 · Configurer
- Ouvrez le préréglage fluide-venturi et appuyez sur Réinitialiser. L'eau s'écoule régulièrement dans un tuyau à section large (A₁) et à col étroit (A₂).
- Activez les lectures de vitesse de gorge et de chute de pression.
- Réglez la zone de section large, la zone de la gorge et la vitesse d’entrée pour chaque essai, et enregistrez les lectures de vitesse de gorge et de chute de pression.
3 · Collecter les Données
| Zone de section large A₁ (m²) | Zone de la gorge A₂ (m²) | Vitesse d'entrée v₁ (m/s) | Vitesse de gorge v₂ (m/s) | Variation de pression ΔP = P₂ − P₁ (kPa) |
|---|---|---|---|---|
| 4.00e-4 | 1.00e-4 | 2.00 | ||
| 4.00e-4 | 1.00e-4 | 3.00 | ||
| 4.00e-4 | 2.00e-4 | 4.00 |
Tracez la variation de pression ΔP (axe y) par rapport à la vitesse de gorge v₂ (axe x) pour vos trois essais.
4 · Analyser
- Pour un essai, calculez v₂ = A₁v₁/A₂ à partir de la continuité, puis ΔP = P₂ − P₁ = ½ρ(v₁² − v₂²) à partir de l'équation de Bernoulli. Comparez les deux aux lectures — ΔP ressort négatif, ce qui correspond, en valeur signée, à « la pression a chuté au niveau de la gorge ».
- Expliquer, en termes d'économie d'énergie, pourquoi la pression d'un fluide doit chuter là où sa vitesse augmente dans un tuyau horizontal.
5 · Approfondir
- Les carburateurs et les atomiseurs de parfum utilisent l'effet Venturi pour aspirer un deuxième fluide au niveau de la gorge étroite. À l’aide de vos données de variation de pression, expliquez pourquoi une région de basse pression peut tirer le liquide vers le haut à travers un tube latéral.
- L'expérience d'aile fluide utilise ce même modèle de continuité + Bernoulli avec de l'air au lieu de l'eau. Vous attendriez-vous à ce que la différence de pression soit plus grande ou plus petite pour les mêmes vitesses et zones ? Pourquoi ?
La physique derrière cette expérience
Équation de continuité
Pour un fluide incompressible dans une canalisation, le débit (surface × vitesse) doit être le même partout le long de la canalisation : A₁v₁ = A₂v₂. Le rétrécissement du tuyau force le fluide à accélérer.
L'équation de Bernoulli
Le long d'un courant horizontal, la pression d'un fluide plus son énergie cinétique par volume restent constantes : P₁ + ½ρv₁² = P₂ + ½ρv₂². Lorsque la vitesse augmente, la pression doit diminuer pour compenser.