Cuestionario: Fluides, forces et viscosité — 38 preguntas

1. Quelle propriété caractérise la densité relative d’un corps ?

A. C’est une masse exprimée en kilogrammes

B. C’est le rapport du volume sur la masse, exprimé en m³·kg⁻¹

C. C’est une force exercée par unité de surface

D. C’est un rapport entre deux masses volumiques, sans dimension ni unité

Answer: (D)

Explicación

La densité relative est définie par d = ρ/ρ′, où ρ′ est la masse volumique du corps de référence. Comme il s’agit d’un rapport de deux masses volumiques, elle est sans dimension et sans unité.

2. Quelle unité du Système international correspond au coefficient de viscosité ?

A. Le kg·m·s⁻²

B. Le s⁻¹

C. Le m²·s⁻¹

D. Le kg·m⁻¹·s⁻¹, équivalent au Pa·s

Answer: (D)

Explicación

Le coefficient de viscosité a pour dimension ML⁻¹T⁻¹ et s’exprime dans le SI en kg·m⁻¹·s⁻¹, unité équivalente au Pa·s. Le s⁻¹ correspond plutôt à une grandeur de type taux de cisaillement.

3. Comment définit-on la viscosité relative d’un fluide rapportée à l’eau à la même température ?

A. \(\eta_r=\frac{\eta_{eau}}{\eta}\)

B. \(\eta_r=\eta\,\eta_{eau}\)

C. \(\eta_r=\frac{\eta}{\eta_{eau}}\)

D. \(\eta_r=\eta-\eta_{eau}\)

Answer: (C)

Explicación

La viscosité relative est le rapport de la viscosité du fluide à celle de l’eau à la même température : \(\eta_r=\eta/\eta_{eau}\). Ce rapport ne possède ni dimension ni unité.

4. Que se passe-t-il généralement lorsque le taux de cisaillement du sang augmente fortement ?

A. Sa viscosité diminue uniquement parce que le plasma disparaît

B. Sa viscosité augmente et les globules rouges s’agrègent davantage

C. Sa viscosité diminue et les globules rouges se dispersent et s’orientent dans l’écoulement

D. Sa viscosité reste constante et les globules rouges se déposent au fond

Answer: (C)

Explicación

Le sang devient moins visqueux lorsque le taux de cisaillement augmente. À fort cisaillement, les globules rouges se dispersent et s’orientent dans le sens de l’écoulement, contrairement à leur agrégation à faible cisaillement.

5. Quelle description distingue correctement l’énergie du travail ?

A. L’énergie est un transfert instantané, tandis que le travail est une propriété stockée de l’état

B. L’énergie est uniquement une chaleur, tandis que le travail est uniquement un déplacement

C. L’énergie est une capacité stockable d’un système, tandis que le travail correspond à un transfert ou une variation d’énergie

D. L’énergie est une force appliquée, tandis que le travail est une surface d’application

Answer: (C)

Explicación

L’énergie caractérise l’état d’un système et peut être stockée sous différentes formes. Le travail désigne un transfert ou une variation d’énergie, et non une capacité stockable.

6. Un gaz est chauffé à pression constante. Quelle évolution de son volume est attendue ?

A. Son volume augmente

B. Son volume reste nécessairement constant

C. Son volume diminue

D. Son volume devient nul

Answer: (A)

Explicación

Pour les gaz, le volume augmente lorsque la température augmente. Les gaz sont ainsi beaucoup plus sensibles aux variations de température que les liquides incompressibles.

7. Une résultante de forces extérieure F est appliquée à une masse m. Quelle relation permet de déterminer l’accélération produite ?

A. F = m/γ

B. F = m + γ

C. F = mγ

D. F = γ/m

Answer: (C)

Explicación

Le principe fondamental de la dynamique s’écrit F = mγ. La résultante des forces extérieures produit donc une accélération proportionnelle à la force et inversement liée à la masse à force donnée.

8. Que mesure principalement un viscosimètre d’Ostwald pour caractériser une solution ?

A. La pression nécessaire pour doubler le rayon du tube

B. La masse du solvant évaporé pendant l’écoulement

C. Le temps d’écoulement d’un même volume entre deux repères

D. La vitesse maximale au centre du capillaire

Answer: (C)

Explicación

Le viscosimètre d’Ostwald mesure le temps nécessaire à un même volume de solution ou de solvant pour passer entre les repères M1 et M2. Il compare donc des temps d’écoulement plutôt que de relier directement débit, pression et rayon.

9. Quelle association décrit correctement la composition du sang ?

A. Le plasma est la phase liquide et les globules rouges y sont en suspension

B. Les globules rouges constituent la phase liquide et le plasma y est en suspension

C. Le plasma et les globules rouges sont deux types de cellules sanguines

D. Le plasma est constitué uniquement de globules rouges et de plaquettes

Answer: (A)

Explicación

Le sang comprend du plasma, qui est une solution macromoléculaire, ainsi que des cellules. Les globules rouges sont suspendus dans le plasma.

10. Quelle répartition correspond approximativement à un hématocrite normal ?

A. 45 % de globules rouges, 55 % de plasma et 1 % de leucocytes et plaquettes

B. 1 % de globules rouges, 45 % de plasma et 54 % de leucocytes et plaquettes

C. 55 % de globules rouges, 45 % de plasma et 1 % de leucocytes et plaquettes

D. 45 % de plasma, 54 % de globules rouges et 1 % de leucocytes et plaquettes

Answer: (A)

Explicación

Une valeur normale de l’hématocrite est d’environ 45 %. Le sang contient alors environ 55 % de plasma et 1 % de leucocytes et de plaquettes.

11. Dans un écoulement visqueux entre des lames parallèles, quelle situation décrit correctement les vitesses des lames ?

A. La lame fixe a une vitesse nulle et la lame entraînée se déplace plus vite que ses voisines

B. La lame fixe se déplace le plus vite et la lame entraînée reste immobile

C. La vitesse est nulle dans toutes les lames sauf dans la lame fixe

D. Toutes les lames se déplacent à la même vitesse que la lame fixe

Answer: (A)

Explicación

La lame fixe a une vitesse nulle, tandis que la lame entraînée se déplace plus rapidement que les lames voisines, ce qui crée un gradient de vitesse.

12. Une canalisation mère se divise en trois branches A, B et C. Quelle relation exprime la conservation du débit volumique ?

A. Dᵥ=Dᵥ,A×Dᵥ,B×Dᵥ,C

B. Dᵥ=Dᵥ,A+Dᵥ,B+Dᵥ,C

C. Dᵥ=Dᵥ,A/Dᵥ,B/Dᵥ,C

D. Dᵥ=Dᵥ,A−Dᵥ,B−Dᵥ,C

Answer: (B)

Explicación

Dans une canalisation ramifiée, le débit entrant est égal à la somme des débits sortants : Dᵥ=Dᵥ,A+Dᵥ,B+Dᵥ,C.

13. Quelle relation entre unités et dimension correspond à la pression dans le Système international ?

A. Le pascal, de dimension ML⁻¹T⁻², équivaut à N·m⁻²

B. Le watt, de dimension ML²T⁻³, équivaut à kg·m⁻¹·s⁻²

C. Le joule, de dimension ML²T⁻², équivaut à N·m⁻²

D. Le newton, de dimension MLT⁻², équivaut à kg·m⁻¹·s⁻²

Answer: (A)

Explicación

La pression s’exprime en pascals, avec 1 Pa = 1 N·m⁻² = 1 kg·m⁻¹·s⁻², et possède la dimension ML⁻¹T⁻².

14. Quelle caractéristique distingue une force d’une énergie ?

A. Une force et une énergie sont toutes deux des grandeurs scalaires

B. Une force et une énergie sont toutes deux des grandeurs vectorielles

C. Une force est une grandeur scalaire, tandis qu’une énergie est une grandeur vectorielle

D. Une force est une grandeur vectorielle, tandis qu’une énergie est une grandeur scalaire

Answer: (D)

Explicación

Une force est représentée par un vecteur, car elle possède notamment une direction et un sens. L’énergie est une grandeur scalaire.

15. Dans une canalisation où un liquide incompressible s’écoule en régime stationnaire, que devient la vitesse lorsque la section diminue ?

A. Elle devient nulle dès que la section diminue

B. Elle augmente afin de conserver le débit volumique

C. Elle diminue afin de conserver le débit volumique

D. Elle reste nécessairement constante quelle que soit la section

Answer: (B)

Explicación

L’équation de continuité impose S₁v₁=S₂v₂. Ainsi, une diminution de la section entraîne une augmentation de la vitesse pour maintenir le débit constant.

16. Quelle expression permet de calculer le travail élémentaire d’une force lors d’un déplacement ?

A. dW = F dl cos α

B. dW = dl/(F cos α)

C. dW = F + dl + cos α

D. dW = F/(dl cos α)

Answer: (A)

Explicación

Le travail élémentaire est le produit scalaire de la force et du déplacement : dW = F·dl = F dl cos α. Le travail est une grandeur scalaire, même si la force et le déplacement sont vectoriels.

17. Dans un tube étroit parcouru par un liquide visqueux en régime laminaire, où la vitesse d’écoulement est-elle maximale ?

A. Elle est uniforme dans toute la section

B. À proximité immédiate de la paroi

C. À mi-distance entre le centre et la paroi

D. Au centre du tube

Answer: (D)

Explicación

En régime laminaire, la vitesse est maximale au centre du tube et nulle à la paroi. Cette situation concerne notamment un liquide visqueux circulant dans un tube étroit.

18. Une solution s’écoule en un temps t dans un viscosimètre d’Ostwald, tandis que le solvant s’écoule en un temps t₀. Quelle expression donne leur viscosité relative en tenant compte de leurs masses volumiques ?

A. \(\frac{\eta}{\eta_0}=\frac{\rho t_0}{\rho_0t}\)

B. \(\frac{\eta}{\eta_0}=\frac{\rho_0t_0}{\rho t}\)

C. \(\frac{\eta}{\eta_0}=\frac{\rho_0t}{\rho t_0}\)

D. \(\frac{\eta}{\eta_0}=\frac{\rho t}{\rho_0t_0}\)

Answer: (D)

Explicación

La relation d’Ostwald est \(\eta/\eta_0=\rho t/(\rho_0t_0)\), où les indices distinguent la solution du solvant. Le temps et la masse volumique de la solution figurent donc au numérateur.

19. Comment se définit la masse volumique d’un corps ?

A. Le rapport de sa masse sur celle d’un corps de référence

B. Le rapport de son volume sur sa masse

C. Le produit de sa masse par son volume

D. Le rapport de sa masse sur son volume

Answer: (D)

Explicación

La masse volumique est la masse contenue par unité de volume, selon la relation ρ = m/V. Elle se distingue de la densité, qui est un rapport sans unité.

20. Que représente le coefficient de viscosité η lorsque le gradient de vitesse vaut 1 ?

A. Le rapport entre la viscosité du fluide et celle de l’eau

B. La force de frottement entre deux surfaces unitaires

C. La variation de pression par unité de longueur

D. Le temps nécessaire à un volume unitaire pour s’écouler

Answer: (B)

Explicación

Le coefficient de viscosité représente la force de frottement entre deux surfaces unitaires lorsque le gradient de vitesse est égal à 1. Il caractérise ainsi une résistance interne du fluide, et non un simple rapport sans unité.

21. Comment définit-on la pression exercée par une force sur une surface ?

A. Comme la différence entre la force et la surface d’application

B. Comme le produit de la force par la surface d’application

C. Comme le rapport de la force à la surface d’application

D. Comme le rapport de la surface à la force exercée

Answer: (C)

Explicación

La pression est une force surfacique définie par p = F/S. Elle correspond donc à une force rapportée à la surface sur laquelle elle s’exerce, et non à une force seule.

22. À quoi la viscosité d’un fluide est-elle principalement liée ?

A. Au frottement entre deux solides immobiles

B. À la pression exercée sur ses parois

C. Aux frottements internes entre ses couches

D. À la masse totale du fluide

Answer: (C)

Explicación

La viscosité traduit les frottements internes qui s’opposent au glissement des couches d’un fluide. Le frottement entre deux solides relève d’un autre phénomène.

23. Dans un liquide au repos, comment varie la pression entre deux points situés sur une même surface horizontale ?

A. Elle augmente toujours avec la distance horizontale

B. Elle diminue lorsque l’on s’éloigne de la paroi

C. Elle dépend uniquement de la forme du récipient

D. Elle est identique aux deux points

Answer: (D)

Explicación

Dans un liquide, la pression est identique en tout point d’une même surface horizontale. À profondeur égale, les deux points ont donc la même pression.

24. Un liquide traverse une section de surface S avec une vitesse moyenne v. Quelle grandeur est calculée par le produit vS ?

A. La viscosité dynamique

B. Le taux de cisaillement

C. La pression exercée par le liquide

D. Le débit volumique

Answer: (D)

Explicación

Le débit volumique est le volume traversant une section par unité de temps et vérifie Dᵥ=vS. Il s’agit d’un volume par temps, contrairement à la vitesse, qui est une longueur par temps.

25. Comment la masse volumique d’un gaz réagit-elle généralement à une augmentation de pression à température constante ?

A. Elle augmente fortement

B. Elle diminue fortement

C. Elle devient indépendante de la température

D. Elle reste pratiquement constante

Answer: (A)

Explicación

Pour un gaz, la masse volumique varie fortement avec la pression et la température. Lorsque la pression augmente, le volume diminue et la masse volumique augmente.

26. Pour un piston exerçant une force de pression sur un fluide, quelle expression donne le travail élémentaire ?

A. dW = p S dl cos α

B. dW = S/(p dl cos α)

C. dW = p/(S dl cos α)

D. dW = p + S + dl + cos α

Answer: (A)

Explicación

Le travail du piston s’écrit dW = p S dl cos α. Le produit S·dl représente le volume balayé par le piston.

27. Un objet posé sur un sol horizontal ne se déplace pas malgré son poids. Quelle explication est conforme à la dynamique décrite ?

A. L’objet se déplace dès qu’une force quelconque lui est appliquée

B. La réaction du sol possède le même sens que le poids

C. La réaction du sol est égale et opposée au poids, et les frottements compensent la force appliquée

D. Le poids disparaît dès que l’objet touche le sol

Answer: (C)

Explicación

L’objet posé sur le sol est soumis à son poids et à la réaction du sol, égale et opposée au poids. Il se déplace lorsque la force appliquée dépasse la force de frottement.

28. Selon la loi de Poiseuille, comment le débit laminaire varie-t-il avec le rayon du capillaire lorsque les autres paramètres restent constants ?

A. Il varie comme le rayon

B. Il varie comme le cube du rayon

C. Il varie comme le carré du rayon

D. Il varie comme la puissance quatrième du rayon

Answer: (D)

Explicación

La loi de Poiseuille contient le facteur r⁴ : le débit est donc extrêmement sensible au rayon du capillaire. En revanche, sa dépendance à la différence de pression est linéaire.

29. Quelle unité correspond au taux de cisaillement défini par le gradient de vitesse selon la distance ?

A. N·m⁻²

B. s⁻¹

C. m³·s⁻¹

D. Pa·s

Answer: (B)

Explicación

Le taux de cisaillement est défini par τ=dv/dx et possède la dimension T⁻¹, donc l’unité s⁻¹. Le Pa·s est l’unité du coefficient de viscosité dynamique.

30. Quelle propriété caractérise un fluide par opposition à un solide ?

A. Il prend la forme du récipient qui le contient

B. Il possède une forme propre indépendante du récipient

C. Il conserve toujours un volume nul

D. Il résiste à toute déformation extérieure

Answer: (A)

Explicación

Un fluide n’a pas de forme propre et adopte celle du récipient qui le contient. Cette propriété le distingue d’un solide, qui conserve sa forme.

31. Une force s’oppose au déplacement d’un objet. Comment qualifier le travail de cette force ?

A. Il est moteur et positif

B. Il est moteur et nul

C. Il est résistant et négatif

D. Il est résistant et toujours positif

Answer: (C)

Explicación

Une force qui s’oppose au déplacement fournit un travail résistant, donc négatif. À l’inverse, une force favorisant le déplacement produit un travail moteur positif.

32. Quelle comparaison entre les gaz et les liquides est correcte ?

A. Les gaz ont un volume défini, tandis que les liquides sont très compressibles

B. Les gaz sont très compressibles, tandis que les liquides ont un volume défini et sont pratiquement incompressibles

C. Les gaz et les liquides possèdent tous deux une surface libre

D. Les gaz sont pratiquement incompressibles, tandis que les liquides se dilatent fortement

Answer: (B)

Explicación

Les gaz sont très compressibles et expansibles. Les liquides ont un volume défini, sont pratiquement incompressibles et possèdent une surface libre.

33. Quelle caractéristique distingue un écoulement laminaire d’un écoulement turbulent ?

A. L’écoulement turbulent est défini par une vitesse identique en tout point

B. L’écoulement laminaire présente nécessairement des mouvements désordonnés

C. L’écoulement laminaire se comporte comme un empilement de lames parallèles aux solides

D. L’écoulement turbulent se comporte comme un empilement de lames parallèles aux solides

Answer: (C)

Explicación

Dans un écoulement laminaire, le fluide s’organise en lames parallèles aux solides. Un écoulement turbulent n’a pas ce comportement laminaire.

34. Que mesure l’hématocrite ?

A. La fraction volumique du plasma dans le sang total

B. La résistance du sang à son écoulement

C. La fraction volumique des globules rouges dans le sang total

D. La vitesse moyenne des globules rouges

Answer: (C)

Explicación

L’hématocrite est le rapport entre le volume des globules rouges et le volume sanguin total, exprimé en pourcentage. La résistance à l’écoulement correspond plutôt à la viscosité.

35. Selon la relation f=ηS(dv/dx), comment évolue la force de résistance si la surface de contact entre les lames double, les autres grandeurs restant constantes ?

A. Elle devient nulle

B. Elle double

C. Elle est divisée par deux

D. Elle reste inchangée

Answer: (B)

Explicación

La force de résistance est proportionnelle à la surface S. Si S double tandis que η et dv/dx restent constants, f double également.

36. Quels éléments décrivent complètement une force appliquée à un objet ?

A. Sa trajectoire, sa vitesse, sa masse et son énergie

B. Sa direction, son sens, son intensité et son point d’application

C. Sa masse, son volume, sa température et sa durée

D. Son volume, sa pression, sa direction et sa température

Answer: (B)

Explicación

Une force est caractérisée par sa direction, son sens, son intensité ou sa norme, ainsi que son point d’application. La direction et le sens sont deux caractéristiques distinctes.

37. Lorsqu’un système change de forme d’énergie sans création ni destruction d’énergie, que peut-on évaluer directement ?

A. La destruction complète de l’énergie initiale

B. La création d’une quantité nouvelle d’énergie

C. La valeur absolue d’une énergie impossible à modifier

D. La variation d’énergie entre l’état initial et l’état final

Answer: (D)

Explicación

Seules les variations d’énergie sont appréciables. L’énergie se conserve : elle peut être transformée d’une forme à une autre, mais ni créée ni détruite.

38. Si la variation d’énergie d’un système vaut ΔE = 50 J, quelle valeur prend le travail selon la relation donnée ?

A. 0 J

B. 50 J

C. 100 J

D. −50 J

Answer: (D)

Explicación

La relation fournie est dW = −ΔE. Pour une variation d’énergie de 50 J, le travail correspondant vaut donc −50 J.