La page écoulement d'un liquide montre que le débit qui s'écoule d'un récipient cylindrique est fonction de la hauteur du liquide restant au dessus du trou. Le vase de Mariotte est un dispositif qui permet d'obtenir un débit constant.
Un vase cylindrique de section S, fermé par un bouchon contient à l'instant t = 0 une hauteur Z = H0 de liquide. Le fond du vase est percé par un trou A de section s beaucoup plus petite que S.
Le bouchon est traversé par un tube BC plongeant dans le liquide. L'extrémité inférieure C du tube est située à la hauteur H au dessus du fond du récipient. La pression aux deux extrémités B et C du tube est égale à la pression atmosphérique. C'est aussi la pression en A : Le tube permet l'entrée d'air dans le récipient et l'écoulement du liquide. Selon la loi de Torricelli la vitesse d'écoulement en A est v = (2.g.z)½.
Tant que le niveau du liquide est supérieur à H, la hauteur de chute du liquide reste égale à H :
Cette vitesse vaut v0 = (2.g.H)½. Le débit de sortie du liquide reste constant et égal à Q = s.(2.g.H)½
Comme il y a conservation du débit la surface libre du liquide baisse avec la vitesse constante V =
− dZ / dt = v.s / S
On tire Z(t) = H0 − (s / S).v0.t
Quand Z devient inférieur à H, la hauteur du liquide diminue avec la vitesse variable V = (s / S). (2.g.z)½.
On retrouve alors l'écoulement d'un liquide dans un vase cylindrique.
Données utilisées :
Vase cylindrique de rayon R = 10 cm.
Trou circulaire de rayon r compris entre 1,5 et 3,5 mm.