Expériences de mécanique des fluides Viscosité, fluides réels, tension superficielle

Fluides réels : régimes d'écoulement, viscosité, pertes de charge, ...

Ecoulement d'un liquide dans une conduite horizontale

Un fluide s'écoule dans une conduite horizontale de section constante avec un débit déterminé, à l'aide d'un robinet par exemple.
Des colonnes verticales placées régulièrement sur la conduite repèrent les pressions à différentes abscisses.
Si le liquide était parfait, on observerait une hauteur de liquide constante dans les colonnes manométriques comme pour un liquide au repos.
Pour un liquide réel, on observe une diminution régulière de la pression tout au long de la conduite.

Expérience de Reynolds : voir le dispositif expérimental et les images

Quand le débit de l'eau est faible, le filet coloré se maintient bien parallèlement au tube, sans osciller, ni se mélanger au fluide environnant.  L'écoulement est dit laminaire. Quand le débit de l'eau augmente, le filet coloré se met à osciller et à diffuser dans tout le tube (photo ci-dessus)  L'écoulement est dit turbulent.

 Chute d'une bille dans un liquide : Voir les vidéos réalisées

Si le liquide était parfait, la bille serait soumise à deux forces :  son poids et la poussée d'Archimède.  Il en résulterait un mouvement uniformément accéléré. Dans un liquide réel (par exemple de l'huile ou du glycérol), si on lâche la bille sans vitesse initiale, la vitesse de la bille augmente au début puis tend rapidement vers une constante.

Mesure de la viscosité des fluides:

Viscosimètre d'ENGLER

Viscosimètre rotatif

Viscosimètre d'Hubblehood 

viscosimètre à chute de bille 

Voir le chapitre sur la viscosité des fluides

Tension superficielle

Ménisque à la surface libre d'un liquide :

Contrairement à la relation fondamentale de l'hydrostatique, la surface libre d'un liquide n'est pas plane, mais forme un ménisque dans les tubes étroits.

Ascension (ou dépression) dans un tube capillaire :

L'eau "monte" dans un tube capillaire. Le mercure "descend" dans un tube capillaire

Détermination expérimentale du coefficient de tension superficielle (voir le TP)

Surface minimale d'une lame de savon :

Les lames minces prennent spontanément une forme telle que leur surface soit minimale. On forme une lame d'eau de savon sur un verre sur lequel on a placé un fil de coton. Lorsqu'on perce une partie de cette lame, l'autre partie attire le fil comme une membrane élastique. .

Flottaison d'une aiguille en acier sur de l'eau :

On peut réussir à faire flotter une fine aiguille en acier déposée délicatement à la surface libre de l'eau, ce qui est paradoxal puisque la densité de l'acier est proche de 8.
On constate que la surface libre de l'eau se déforme sous l'aiguille, comme une membrane élastique. L'eau exerce sur l'aiguille des forces de tension superficielle qui compensent le poids de l'aiguille.
(Pour mieux réussir l'expérience, on peut d'abord déposer sur l'eau une feuille de papier Joseph, puis déposer l'aiguille dessus et faire couler délicatement le papier.

Arrachement d'un anneau ou d'une lame :  voir le TP

Un anneau de rayon R (ou une lame) bien propre est suspendue à un système permettant de mesurer la force F de sustentation.  On plonge l'anneau dans un liquide puis on descend lentement le récipient contenant le liquide. Le liquide forme une lame qui adhère à l'anneau.  On mesure la valeur de la force F au moment de l'arrachement (voir le TP).

Dispositif expérimental :

  
Dynamomètre

Voir aussi :

Conséquences et applications du théorème de Bernoulli

Autres ressources disponibles
Cours de mécanique des fluides (BTS industriels)  Cours de fluidique (bac STL PLPI) des  exercices de fluidique (bac STL PLPI) des notices de travaux pratiques (bac STL PLPI)	résolution de l'équation de Colebrook (BTS Cira) le phénomène de cavitation (dans les pages BTS CIRA)  Expérience de Reynolds  Viscosité dynamique et cinématique Analyse dimensionnelle

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