Mécanique des fluides

Qu'est-ce qu'un fluide en physique ? Types et propriétés

Qu'est-ce qu'un fluide en physique ? Types et propriétés

Un fluide est un milieu matériel composé des substances qui peuvent s'écouler, comme l'eau ou l'huile. En physique, le flux est défini comme le mouvement des fluides qui peuvent être liquides ou gazeuses. Ces substances n'ont pas de forme fixe, elles peuvent donc s'adapter à la forme du récipient dans lequel elles se trouvent.

La mécanique des fluides est la branche de la physique qui étudie le comportement des fluides. Cette branche est divisée en dynamique (si elles sont en mouvement) et statique (si elles sont au repos).

Qu'est-ce qu'un fluide ? Définition

Nous définissons un fluide comme un corps dont les molécules ont une faible force d'attraction et peuvent se déplacer indépendamment les unes des autres (gaz) ou glisser librement les unes sur les autres (liquides).

Contrairement aux solides, un fluide ne peut pas résister à une contrainte de cisaillement pendant un temps appréciable.

Les liquides ont une forme définie mais un volume variable. Cela signifie que les liquides peuvent changer de forme et s'adapter aux récipients qui les contiennent, mais ne peuvent pas se dilater ou se contracter librement. Les gaz, en revanche, n'ont ni forme ni volume définis.

Types des fluides

Les fluides peuvent être classés en plusieurs types, selon leur comportement en réponse aux forces :

Fluides newtoniens

Un fluide est newtonien lorsque sa viscosité est indépendante du taux de contrainte appliqué.

Dans les fluides newtoniens, la viscosité est considérée comme constante. Les fluides newtoniens sont ceux qui suivent les lois de Newton pour le mouvement des fluides dans lesquels la viscosité est considérée comme constante. La courbe qui décrit la relation entre la contrainte et son taux de déformation est linéaire.

Pour décrire le mouvement des fluides newtoniens, on a les équations de Navier-Stokes.

Fluides non newtoniens

Un fluide non newtonien est un liquide qui ne se comporte pas selon la loi de viscosité de Newton.

Au repos, il se comporte comme un liquide. Cependant, avec une force appliquée ou avec un changement de température, sa viscosité change.

En général, l'abaissement de la température d'un fluide augmente sa viscosité.

La plupart des fluides non newtoniens sont plus visqueux lorsqu'ils sont soumis à une force lente et moins visqueux lorsqu'ils sont soumis à une force rapide.

Examples des fluides non-newtoniennes

Un exemple des fluides non newtoniens sont les sables mouvants.

Une expérience pour obtenir un fluide non-newtonien est mélanger de l'eau et de l’amidon de maïs. En incorporant petit à petit 2 mesures d’amidon dans une mesure d’eau. Le résultat est une pâte dont la viscosité change avec la contrainte appliquée.

Le mélange obtenu se comporte comme un solide si l’on enfonce vivement une cuillère à la surface, mais comme un liquide si l’on y insère lentement la cuillère.

Fluides thixotropes

Un fluide thixotrope est un fluide qui prend un temps fini pour atteindre la viscosité d'équilibre lorsqu'il est soumis à diminutions ou l'augmentation du taux de cisaillement.

Fluide rhéoépaississant ou dilatant

Un matériau dilatant est un matériau dans lequel la viscosité augmente à mesure que la vitesse de déformation augmente. Un exemple de fluide non newtonien est un fluide épaississant par cisaillement. Il ne se trouve pas souvent dans les matériaux purs mais peut se produire lorsqu'il y a des particules en suspension dans le liquide (suspension).

Propriétés des fluides en physique

Les propriétés d'un fluide sont celles qui définissent le comportement d'un fluide ou d'un gaz à la fois au repos et en mouvement.

  • La pression indique la force par unité de surface.

  • La masse volumique indique la masse par unité de volume.

  • La température mesure la notion de chaleur d'un fluide. La température et la pression sont liées à l'énergie cinétique des particules dans le système.

  • L'énergie interne est l'énergie totale contenue dans un système thermodynamique.

  • L'enthalpie d'un fluide est la quantité de chaleur contenue dans le fluide. Cela peut être utilisé pour mesurer la température d'un fluide, ainsi que sa capacité thermique spécifique.

  • L'entropie est la grandeur thermodynamique qui permet de calculer la part d'énergie thermique qui ne peut pas être utilisée pour produire du travail.

  • La chaleur spécifique est la quantité de chaleur nécessaire pour élever la température à une valeur donnée.

  • La viscosité est la difficulté à s'écouler et a tendance à diminuer avec l'augmentation de la température.

  • La vitesse de cisaillement ou gradient de vitesse ou taux de cisaillement mesuré le cisaillement appliqué au sein d’un fluide.

  • La conductivité thermique indique la facilité avec laquelle la chaleur traverse le fluide.

  • La tension superficielle est une manifestation des forces intermoléculaires dans les liquides. Tout liquide se comporte comme s'il y avait une membrane de tension dessus. 

  • La compression est la variation subie par un fluide en raison des contraintes de pression.

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Date de Publication: 27 septembre 2022
Dernière Révision: 29 septembre 2022