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Physique ( Niveau 2 )

Physique ( Niveau 2 ). Jean-Luc Largeau Jl.largeau@libertysurf.fr 2006. Introduction. Plusieurs lois de la physique trouvent leur champ d’application dans le milieu aquatique.

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  1. Physique( Niveau 2 ) Jean-Luc Largeau Jl.largeau@libertysurf.fr 2006

  2. Introduction • Plusieurs lois de la physique trouvent leur champ d’application dans le milieu aquatique. • La compréhension de ces lois permet de mieux expliquer le fonctionnement et l’utilisation du matériel en immersion ainsi que de mieux d’appréhender les accidents de plongée et leur prévention. JL Largeau 02/2006

  3. Plan du cours 1/3 • Quelques rappels • Définitions • La pression • Acoustique • La vitesse du son • Provenance du son • Optique • La lumière et les couleurs • Le masque • Distances & volumes JL Largeau 02/2006

  4. Plan du cours 2/3 • Archimède • Le principe • Flottabilité et lestage • Eau de mer / eau douce • Loi de Mariotte • Le principe • La consommation d’air JL Largeau 02/2006

  5. Plan du cours 3/3 • Saturation / Désaturation • Le principe • Loi de Dalton • Le principe, la pression partielle • Toxicité de l’O2 et profondeur limite JL Largeau 02/2006

  6. m = 1 Kg F s Quelques rappels : Définitions La masse : Quantité de matière d’un objet Elle se mesure en Kg Une force : Une force est une action mécanique capable de créer une accélération, c'est à dire une modification de la vitesse d'un objet induisant un déplacement ou une déformation de l'objet. Elle se mesure en Newton (N) JL Largeau 02/2006

  7. Quelques rappels : Définitions (2/3) La gravité ( g ) : Attraction exercée par toutes les particules d'un astre. Parfois appelée pesanteur. La gravité est une force. A paris l’attraction terrestre est égale à : g = 9,81 N/Kg JL Largeau 02/2006

  8. Quelques rappels : Définitions (3/3) Le poids : Le poids d’un corps est le résultat du produit de la gravité et de la masse de ce dernier. Le poids se mesure en Newton (N). P = m x g m = 2Kg P = 2 x 9,81 = 19,62 N JL Largeau 02/2006

  9. F F La Pression FORCE = PRESSION SURFACE JL Largeau 02/2006

  10. La Pression Pression Atmosphérique Vide Poids de l’air 760 mmHg = 1 Atm Pression atmosphérique est égale à 760 mmHg ou 1 Atm ou 1,013 Bar au niveau de la mer. Mercure (Hg) JL Largeau 02/2006

  11. FORCE = PRESSION SURFACE . .. . . .. . . . .. . . . .. . 10m 1cm2 La Pression Pression hydrostatique Colonne d’eau Pression = 1 bar JL Largeau 02/2006

  12. La Pression Pression absolue P absolue = P Hydrostatique + P atmosphérique À 0m P abs = 0 + 1 =1 bar À 10m P abs = 1 + 1 = 2 bar À 20m P abs = 2 + 1 =3 bar À 25m P abs = 2,5 + 1 =3,5 bar JL Largeau 02/2006

  13. La Pression Résumé FORCE = En Bar PRESSION SURFACE Pression atmosphérique est égale à 760 mmHg ou 1 Atm ou 1,013 Bar au niveau de la mer. P absolue = Profondeur / 10 + P atmosphérique JL Largeau 02/2006

  14. Optique • Dans l’eau notre œil n’est plus capable de faire la mise au point. Le masque permet de compenser cet effet d’optique. • Cependant, les rayons lumineux subissent une déviation à leur arrivée dans le masque induisant une déformation des volumes et des distances. JL Largeau 02/2006

  15. Optique V x 4/3 V réel d x 3/4 d réelle JL Largeau 02/2006

  16. Optique • Les rayons lumineux sont en partie réfléchis par la surface et atténués par la profondeur. • Les couleurs sont filtrées au fur et à mesure que la profondeur augmente JL Largeau 02/2006

  17. Optique Au contact de la surface les rayons sont en partie réfléchis… … puis déviés, atténués et filtrés par l’eau. JL Largeau 02/2006

  18. Optique Avec la profondeur, les couleurs disparaissent petit à petit. 0m 10m 20m 30m 40m 50m 60m Les couleurs chaudes disparaissent rapidement. JL Largeau 02/2006

  19. Optique Résumé Les volumes augmentent des 4/3 On perçoit seulement 3/4 des distances La lumière est réfléchie et atténuée Les couleurs sont filtrées JL Largeau 02/2006

  20. Acoustique • Sous l’eau la vitesse du son est plus rapide que dans l’air. • Il est difficile de déterminer l’origine d’un son. JL Largeau 02/2006

  21. Acoustique Sous l’eau la vitesse du son est multipliée par4,5 JL Largeau 02/2006

  22. Acoustique Le son semble être à la verticale du plongeur JL Largeau 02/2006

  23. Acoustique Résumé Le son se déplace dans l’eau 4,5 fois plus vite que dans l’air L’origine d’un son est difficile à déterminer sous l’eau, il semble provenir de la verticale JL Largeau 02/2006

  24. Archimède et la flottabilité • En immersion, le plongeur et tout son équipement subissent une force verticale dirigée de bas en haut égale au poids en eau du volume de l’ensemble ainsi constitué. • Plus l’ensemble sera volumineux, plus la poussée d’Archimède sera importante. • La flottabilité (poids apparent) et le lestage du plongeur vont dépendre de l’importance de cette poussée et donc du volume déplacé. JL Largeau 02/2006

  25. 14,5 kg Archimède et la flottabilité Immergé, le bloc ne pèse plus que 2,5 kg Bloc de 12 l / 14,5 kg 2,5 kg Eau 12 Kg 12 l JL Largeau 02/2006

  26. Archimède et la flottabilité V = 4 l Un ballon immergé de 4 l subit une poussée d’Archimède égale au poids de son volume en eau soit 4 kg Parchi = 4 kg JL Largeau 02/2006

  27. Archimède et la flottabilité P : Poids réel du plongeur et de son équipement Parchi : égale au poids du volume d’eau déplacé par le plongeur et son équipement P Poids apparent = Poids réel - Parchi PArchi JL Largeau 02/2006

  28. Archimède et la flottabilité Lors de son immersion, un plongeur va purger son gilet et vider ses poumons réduisant ainsi son volume et par conséquent son poids apparent P Le lestage va venir s’ajouter afin d’augmenter le poids réel. PArch JL Largeau 02/2006

  29. Archimède et la flottabilité Plus l’eau est salée, plus le poids apparent est faible, adaptez votre lestage. Attention : Le volume du parachute une fois gonflé va augmenter la poussée d’Archimède. Le changement d’épaisseur de la combinaison va faire varier le volume, il faudra donc corriger son lestage en conséquence. JL Largeau 02/2006

  30. Archimède et la flottabilité Au fond, la pression comprime l’air du gilet et écrase la combinaison diminuant ainsi leur volume et par conséquent la poussée d’Archimède résultante. Notre poids apparent est donc plus important au fond et notre lestage y est donc surdimensionné voire superflu ce qui explique la nécessité de s’équilibrer à nouveau dès que l’on descend. JL Largeau 02/2006

  31. Archimède et la flottabilité Résumé Poids apparent = Poids réel – P. Archimède Poids apparent > 0 Je coule ! Poids apparent = 0 Je suis équilibré ! Poids apparent < 0 Je flotte ! JL Largeau 02/2006

  32. Exercice 1 Mon phare de plongée mesure 30cm. Quelle taille semblera t-il faire sous l’eau ? 30cm x 4 / 3 = 120 / 3 = 40cm JL Largeau 02/2006

  33. Exercice 2 Sous l’eau, j’aperçois un requin pèlerin qui me semble mesurer 4m. Quelle est sa taille réelle ? 4m x 3 / 4 = 12 / 4 = 3m JL Largeau 02/2006

  34. Exercice 3 Je rejoins le mouillage que j’aperçois à 6 m de moi. Quelle est la distance réelle ? 6 m x 4 / 3 = 24 / 3 = 8 m JL Largeau 02/2006

  35. Exercice 4 Mon parachute à un bout de 12 m de long à l’extrémité duquel est accroché un petit plomb. Si je regarde mon plomb sous l’eau une fois le bout déroulé, combien de mètres me séparant de ce dernier vais-je percevoir ? 12m x 3 / 4 = 36 / 4 = 9 m JL Largeau 02/2006

  36. Exercice 5 Un plongeur tout équipé à un poids réel de 95kg pour un volume total de 100 litres. Quel sera son poids apparent ? Comment sera sa flottabilité ? P réel = 95 Kg Parch = 100 kg Poids apparent = 95 – 100 = -5 kg Poids apparent < 0 donc il flotte JL Largeau 02/2006

  37. Exercice 6 On largue un bloc de secours d’un poids réel de 14,5 kg dont le volume extérieur est de 13,5 l. On accroche ce bloc à un bout avec une bouée à l’autre extrémité. Quel doit être le volume minimum de la bouée si l’on veut que l’ensemble ne coule pas au fond ? On souhaite donc avoir: Poids apparent Bloc < 0 P app = 14,5 – 13,5 = 1kg La bouée doit donc avoir un volume > 1l JL Largeau 02/2006

  38. Exercice 7 Lors d’une plongée en carrière une palanquée entend une explosion consécutive à un tir de mine dans une autre carrière distante de quelques kilomètres. Les plongeurs ont entendu l’explosion 2 secondes après le tir. La sécurité de surface a-t-elle entendu le tir avant les plongeurs ? Au bout de combien de seconde l’ont il entendu ? Les plongeurs ont entendu le tir avant la surface La sécu surface à entendu le son : 4,5 * 2 = 9 secondes après le tir. JL Largeau 02/2006

  39. Mariotte Contrairement aux liquides, les gaz sont quant à eux compressibles. En plongée, tous les volumes gazeux vont varier en fonction de la pression et par conséquent de la profondeur. JL Largeau 02/2006

  40. Mariotte P x 2 V / 2 P x 3 V / 3 P x 4 V / 4 P x 5 V / 5 P x n V / n 3 V / 5 2 4 V / 4 V / 3 5 1 V / 2 Bar V P1xV1 = P2xV2 P x V = Cte JL Largeau 02/2006

  41. Mariotte Pabs = 1b Vol = 12 l 0m Pabs = 2b Vol = 6 l 10m Pabs = 3b Vol = 4 l 20m Pabs = 4b Vol = 3 l 30m Pabs = 5b Vol = 2,4 l 40m JL Largeau 02/2006

  42. Mariotte Résumé Le volume varie inversement de la pression qui lui est appliquée et par conséquent de la profondeur. Loi de Mariotte P1 x V1 = P2 x V2 = Constante Attention : De 0 à 10 m nous avons la plus grande variation des volumes ( 100 % ) JL Largeau 02/2006

  43. Mariotte calcul d’autonomie En surface, combien de litre d’air contient un bloc de 12 l gonflé à 200 bar ? Appliquons la formule P1 x V1 = P2 x V2 Pabs à 0m 200 b x 12 l = 1 b x V2 V2 = ( 200 x 12 ) / 1 V2 = 2400 l à 1 bar JL Largeau 02/2006

  44. Mariotte calcul d’autonomie A 20 m, combien de litre d’air contient un bloc de 12 l gonflé à 200 bar ? Appliquons la formule P1 x V1 = P2 x V2 Pabs à 20m 200 b x 12 l = 3 b x V2 V2 = (200 x 12) / 3 V2 = 800 l à 3 bar JL Largeau 02/2006

  45. Mariotte calcul d’autonomie A 40 m, combien de litre d’air contient un bloc de 12 l gonflé à 200 bar ? Appliquons la formule P1 x V1 = P2 x V2 Pabs à 40m 200 b x 12 l = 5 b x V2 V2 = 200 / 5 x 12 V2 = 480 l à 5 bar JL Largeau 02/2006

  46. Mariotte et calcul d’autonomie Un plongeur consomme en moyenne 20 litres par minute. En surface avec un bloc de 12 l gonflé à 200 b notre plongeur a donc à sa disposition : 12 x 200 soit 2400 l. A 20 l/min ilpeut donc respirer sur son détendeur pendant une durée égale à : 2400 / 20 = 120 minutes JL Largeau 02/2006

  47. Mariotte et calcul d’autonomie A 20 m quelle sera la quantité d’air disponible avec un bloc de 12 l à 200 b ? P1 x V1 = P2 x V2 200 x 12 = 3 x V2 V2 = 200 x 12 / 3 = 800 l Pabs à 20m A 20 l/min ilpeut donc respirer sur son détendeur pendant une durée égale à : 800 / 20 = 40 minutes JL Largeau 02/2006

  48. Mariotte et calcul d’autonomie A 40 m quelle sera la quantité d’air disponible avec un bloc de 12 l à 200 b ? P1 x V1 = P2 x V2 200 x 12 = 5 x V2 V2 = 200 / 5 x 12 = 480 l Pabs à 40m A 20 l/min il peut donc respirer sur son détendeur pendant une durée égale à : 480 / 20 = 24 minutes JL Largeau 02/2006

  49. Mariotte et calcul d’autonomie A 40 m quelle sera la quantité d’air disponible avec un bloc de 12 l à 200 b et une réserve de 50 b ? P1 x V1 = P2 x V2 ( 200 – 50 ) x 12 = 5 x V2 V2 = 150 / 5 x 12 = 360 l Pabs à 40m A 20 l/min il peut donc respirer sur son détendeur pendant une durée égale à : 360 / 20 = 18 minutes JL Largeau 02/2006

  50. Mariotte et calcul d’autonomie Résumé ( P. Bloc – Rés ) x Vol. Bloc Autonomie= Consommation x P.absolue L’autonomie en air diminue avec la profondeur. JL Largeau 02/2006

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