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[ Wikidébrouillard ] Barrage

Barrage

De Wikidebrouillard.

(→'''De manière simple''')
 
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Les moulins à eau sont connus depuis des siècles. Les ingénieurs se sont servis du même principe, utilisant la force de l'eau, pour produire de l'électricité. Mais pourquoi construire des barrages quand on veut utiliser la force de l'eau ?
 
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=='''Présentation de l'expérience'''==
=='''Présentation de l'expérience'''==
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Pourquoi les barrages sont-ils si hauts ?
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Les moulins à eau sont connus depuis des siècles. Les ingénieurs se sont servi du même principe, utilisant la force de l'eau, pour produire de l'électricité. Mais pourquoi construire des barrages quand on veut utiliser la force de l'eau, et pourquoi sont-ils si hauts ?
== '''Matériel''' ==
== '''Matériel''' ==
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* [[Image:matériel1.jpg|50px]] 1 brique de lait ou de jus de fruit vide
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* [[Image:brique_lait.jpg|50px]] Une brique de lait ou une [[bouteille]] en plastique vide
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* [[Image:matériel2.jpg|50px]] 1 punaise
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* [[Image:Punaises.jpg|50px]] Une punaise
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* [[Image:matériel2.jpg|50px]] Du [[ruban adhésif]]
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* [[Image:Scotch.jpg|50px]] Du [[ruban adhésif]]
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* Une règle
== '''L'expérience''' ==
== '''L'expérience''' ==
==='''La manipulation'''===
==='''La manipulation'''===
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* Tout d'abord, percer à l'aide d'une punaise 3 trous espacés de 4 cm, à partir de 5 cm de la base de la brique.
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* Tracer une ligne verticale sur la brique de lait (elle commence à 5 cm au-dessus de la base de la brique).
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* Puis, coller un morceau de ruban adhésif sur les 3 trous.
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* Le long de cette ligne, percer 3 trous espacés de 4 cm les uns des autres.
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* Ensuite, remplir la brique d'eau.
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* Coller un morceau de ruban adhésif par-dessus les 3 trous.
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* Enfin, arracher le ruban d'un coup sec et observer les jets d'eau.
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* Remplir la brique d'eau.
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* Retirer le ruban d'un coup sec et observer les jets d'eau.
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Que constate-t-on ? Lequel des jets d'eau va le plus loin ?
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==='''Que voit-on ?===
==='''Que voit-on ?===
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On remarque donc que c'est le jet qui sort du bas de la brique qui va le plus loin !
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On remarque que le jet le plus proche de la base de la brique va le plus loin !
== '''Explications''' ==
== '''Explications''' ==
==='''De manière simple'''===
==='''De manière simple'''===
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Près d'un trou de la brique, l'eau est poussée par le poids de l'air qui est au de la surface, mais aussi par le poids de l'eau qui est au dessus du trou.
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C'est le poids de l'eau qui détermine la pression du jet et par conséquent la distance atteinte par celui-ci. Or le volume d'eau au-dessus du dernier trou est plus important qu'au dessus des deux autres. Donc la pression l'est aussi. Et donc, le jet d'eau sortant du trou le plus bas va le plus loin !
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Et comme il y a plus d'eau au-dessus du trou le plus bas, c'est lui qui envoie le jet le plus fort et le plus loin.
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=== '''Questions sans réponses''' ===
=== '''Questions sans réponses''' ===
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De quoi peut donc dépendre la pression du jet sortant ?
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De quoi dépend la pression du jet sortant ?
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*De la retenue d'eau réalisée par le barrage ?
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* De la retenue d'eau réalisée par le barrage ?
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*De la hauteur de celui-ci ?  
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* De la hauteur de celui-ci ?  
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*Ou bien peut-être des deux ?
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* Ou bien peut-être des deux ?
=== '''Allons plus loin dans l'explication''' ===
=== '''Allons plus loin dans l'explication''' ===
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[[La preuve par les mathématiques]] :
 
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Un barrage est soumis à une force horizontale liée à la pression exercée par l'eau sur sa surface immergée.
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[[http://fr.wikipedia.org/wiki/Barrage|Barrage]] sur Wikipédia
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La pression hydrostatique '''p''' en chaque point est fonction de la hauteur d'eau au-dessus de ce point.
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'''p''' = '''ρ''' x '''g''' x '''h'''
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avec :
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'''ρ''' : masse volumique de l'eau, environ 1000 kg.m<SUP>-3</sup>
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'''g''' : gravitation, environ 10 m.s<SUP>-2</sup>
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'''h''' : hauteur d'eau au-dessus du point considéré.
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La force '''F''' résultante est la somme des pressions hydrostatiques s'exerçant sur la surface immergée du barrage.
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'''F''' = <math>\int_{S}^{} p.dS</math>
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Cette formule ne s'intègre pas « à la main » pour les barrages à géométrie compliquée. En revanche, une expression analytique peut être obtenue pour un élément de barrage poids (un « plot », de largeur L, et de hauteur immergée constante H).
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'''F''' = '''ρ'''.'''g'''.'''L''' <math>\int_{0}^{H} h.dh</math>
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avec :
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'''H''': hauteur totale du barrage en contact avec l'eau.
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'''L''': largeur totale du plot considéré.
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d'où :
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'''F''' = '''ρ''' . '''g''' . '''L''' . '''1/2''' . '''H<SUP>2'''</sup>
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On voit dans cette formule que la poussée exercée par l'eau sur un barrage augmente avec le carré de la hauteur de la retenue (ce qui est vrai pour tout type de barrage). Elle ne dépend en aucun cas du volume d'eau stocké dans la retenue.
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Les calculs ci-dessus ne concernent que les barrages en matériaux rigides (béton, maçonnerie…), quel que soit leur type (poids, voûte, contreforts…). En revanche l'intégration ''par plots'' ne peut concerner que les barrages de type ''poids'' ou ''contreforts''. Pour les voûtes, les efforts étant reportés latéralement, un calcul par plot ne prenant en compte que les forces verticales ne s'applique pas.
+
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En revanche, en ce qui concerne les barrages en matériaux meubles (sol, terre, enrochements, remblais…), les calculs sont apparentés à des calculs de stabilité de pente des talus qui doivent prendre en compte l'état saturé ou non de ces remblais.
+
== '''Liens avec d'autres expériences''' ==
== '''Liens avec d'autres expériences''' ==
==='''Expériences sur Wikidébrouillard'''===
==='''Expériences sur Wikidébrouillard'''===
-
Indiquer ici les expériences de Wikidébrouillard.
+
 
 +
* [[Tour d'eau]]
==='''Autres expériences'''===
==='''Autres expériences'''===
-
Autres expériences avec le même concept, recherche sur internet (indiquer les liens).  
+
* Projet d'un groupe de lycéens : [[http://tpe.barrages.2008.free.fr/index.php/accueil.html|TPE]]
== '''Applications : liens avec le quotidien''' ==
== '''Applications : liens avec le quotidien''' ==
-
C'est de la culture, ça aide à comprendre le monde !! N'hésitez pas à lancer la discussion de votre fiche (après l'avoir sauvegarder !) afin de trouver de l'aide pour la compléter
+
* Régulation du débit d'une rivière, d'un fleuve
-
 
+
* Irrigation des cultures
-
== '''Lieux propices à sa réalisation''' ==
+
* Réservoirs d'eau
-
Indiquer ici des lieux où tout le matériel nécessaire pour réaliser cette expérience est disponible.
+
* Production d'électricité
=='''Catégories'''==
=='''Catégories'''==
-
Penser à fixer les disciplines scientifiques qui correspondent à l'expérience. Remplacer "à classer" par la discipline correspondante.
+
[[Catégorie:Physique]]
-
 
+
[[Catégorie:thermodynamique]]
-
[[Catégorie:à classer]]
+
[[Catégorie:pression]]
-
[[Catégorie:à classer]]
+
[[Catégorie:art]]
-
[[Catégorie:Vidéo à réaliser]]
+
[[Catégorie:Architecture]]
-
[[Catégorie:Orthographe et style à corriger]]
+
[[Catégorie:Contenus à développer]]
[[Catégorie:Contenus à développer]]
[[Catégorie:Fiche à Valider]]
[[Catégorie:Fiche à Valider]]
[[Catégorie:expérience]]
[[Catégorie:expérience]]
 +
[[Catégorie:mediaspip]]
 +
[[Catégorie:eau]]

Version actuelle en date du 10 février 2013 à 14:27

Article incomplet en cours de rédaction
Modèle:Vidéo

Sommaire

Présentation de l'expérience

Les moulins à eau sont connus depuis des siècles. Les ingénieurs se sont servi du même principe, utilisant la force de l'eau, pour produire de l'électricité. Mais pourquoi construire des barrages quand on veut utiliser la force de l'eau, et pourquoi sont-ils si hauts ?

Matériel

L'expérience

La manipulation

  • Tracer une ligne verticale sur la brique de lait (elle commence à 5 cm au-dessus de la base de la brique).
  • Le long de cette ligne, percer 3 trous espacés de 4 cm les uns des autres.
  • Coller un morceau de ruban adhésif par-dessus les 3 trous.
  • Remplir la brique d'eau.
  • Retirer le ruban d'un coup sec et observer les jets d'eau.

Que voit-on ?

On remarque que le jet le plus proche de la base de la brique va le plus loin !

Explications

De manière simple

C'est le poids de l'eau qui détermine la pression du jet et par conséquent la distance atteinte par celui-ci. Or le volume d'eau au-dessus du dernier trou est plus important qu'au dessus des deux autres. Donc la pression l'est aussi. Et donc, le jet d'eau sortant du trou le plus bas va le plus loin !

Questions sans réponses

De quoi dépend la pression du jet sortant ?

  • De la retenue d'eau réalisée par le barrage ?
  • De la hauteur de celui-ci ?
  • Ou bien peut-être des deux ?

Allons plus loin dans l'explication

[[1]] sur Wikipédia

Liens avec d'autres expériences

Expériences sur Wikidébrouillard

Autres expériences

  • Projet d'un groupe de lycéens : [[2]]

Applications : liens avec le quotidien

  • Régulation du débit d'une rivière, d'un fleuve
  • Irrigation des cultures
  • Réservoirs d'eau
  • Production d'électricité

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