Écoulement d'un liquide


Dans cette page, on reprend l'étude de l'écoulement d'un liquide par un petit trou.
On considère un récipient cylindrique de rayon R1 = 10 cm et de section S1 percé par un petit trou de rayon R2 et de section S2 contenant un liquide non visqueux. Cette fois, le trou est réalisé sur la partie latérale du récipient.
Soit z la hauteur verticale entre le trou B et la surface du liquide A.
Lors de l'ouverture du trou la hauteur de liquide est z0

La loi de conservation du volume du liquide implique que S1.V1 = S2.V2
On a : V1 = − dz / dt
Si R2 est beaucoup plus petit que R1 la vitesse V1 du fluide en A est négligeable devant V2, vitesse du fluide en B le théorème de Bernouilli permet d'écrire que : PA − PB + μ.g.z = ½.μ.V22.
Comme PA = PB (pression atmosphérique), il vient : V2= (2.g.z)½.
La vitesse d'écoulement est indépendante de la nature du liquide.
Comme la vitesse d'écoulement est fonction de z, elle n'est plus constante.
En écrivant la conservation du volume du fluide, on a : − S1.dz = S2.V2.dt.
− dz / √h = √2g. S2.dt. / S1.
L'intégration de cette équation différentielle donne la loi de variation de la hauteur de liquide en fonction du temps.

Mouvement du jet de liquide.
On néglige la résistance de l'air et la dispersion du jet.
Un élément dV du jet est soumis à son poids.
Sa vitesse initiale est horizontale et d'intensité V2= (2.g.z)½.
Les équations du mouvement sont donc : X = VX.t = V2.t et Y = ½.g. t2.
Le mouvement est parabolique mais VX diminue quand le vase se vide.
Si H est la hauteur du trou au-dessus du sol , montrer que la vitesse du jet quand il touche le sol est V3 = [2.g.(z0 + H)]½.

Retrouver cette valeur en appliquant le théorème de Bernouilli entre la surface du liquide et le sol.

Dans l'application H = 40 cm