La loi de Pascal dit que lorsque la pression en tout point d’un fluide statique dans un système fermé est modifiée, le changement de pression se dispersera également dans tout le fluide. C’est-à-dire que la pression à un point éloigné de la région de changement changera de la même quantité qu’un point à proximité. Un système fermé peut être simplement un conteneur fermé, ou il peut s’agir de quelque chose de plus complexe, tel que deux ou plusieurs conteneurs interconnectés ; l’important est qu’aucun fluide ne puisse entrer ou sortir du système. Il est également important de noter qu’en physique, un fluide peut être soit un liquide, soit un gaz. La loi peut être démontrée par un certain nombre d’expériences simples et a des applications importantes, comme dans la presse hydraulique.
Le principe a été nommé d’après le mathématicien et philosophe français Blaise Pascal qui l’a découvert dans les années 1600. Elle s’applique aux situations statiques et non aux conditions dynamiques où d’autres facteurs pourraient affecter les valeurs de pression. Par exemple, elle ne s’applique pas aux fluides en mouvement ou soumis à des changements de température.
Démonstrations
Il existe une variété d’expériences de la loi de Pascal qui peuvent être utilisées pour démontrer l’effet. Pascal lui-même a montré que cela fonctionnait en remplissant un baril d’eau et en insérant un long tuyau dans le haut. Quand il a versé de l’eau dans le haut du tuyau, le baril a éclaté. Le poids de l’eau dans le tuyau a provoqué une augmentation de la pression à l’intérieur du baril qui a poussé contre les côtés jusqu’à ce qu’ils cèdent.
Peut-être que la façon la plus simple de démontrer la loi à la maison consiste simplement à presser un ballon. Dans cet exemple, les parois souples du conteneur montrent comment l’augmentation de pression provoquée par la compression est dispersée dans tout le ballon. Le ballon se gonflera uniformément dans toutes les directions, pas seulement du côté opposé à celui qui est comprimé.
Dans une autre démonstration courante, une bouteille est remplie d’eau jusqu’au sommet et des têtes d’allumettes y sont déposées pour qu’elles flottent. Le col d’un ballon gonflé est tendu sur la bouteille, puis légèrement pressé. Les têtes d’allumettes s’enfoncent maintenant à une certaine distance dans l’eau. En effet, l’augmentation de la pression due à la compression du ballon est transmise dans l’eau, forçant une partie dans les têtes d’allumettes poreuses et les faisant couler, en raison du poids supplémentaire. Lorsque la pression sur le ballon est supprimée, la pression de l’eau diminue, la pression de l’air dans les têtes d’allumettes force l’eau à sortir et elles flottent à nouveau.
Applications
L’application la plus connue de la loi de Pascal est peut-être la presse hydraulique, un dispositif qui convertit une petite force en une plus grande. Il se compose généralement de deux chambres connectées, chacune avec un piston – une barrière mobile qui peut être poussée vers le bas ou tirée vers le haut sans permettre au fluide de s’échapper – et contenant un fluide qui ne peut pas être comprimé. Une combinaison chambre-piston est plus grande que l’autre : c’est la sortie. L’idée est qu’une petite force appliquée au plus petit piston, ou « d’entrée », se traduira par une force de sortie plus grande. Appuyer sur l’entrée augmente la pression, et cette augmentation sera la même contre le plus gros piston de sortie.
Calcul de la force de sortie
La force de sortie est calculée en divisant la surface du piston de sortie par la surface du piston d’entrée puis en multipliant le résultat par la force d’entrée. Si le piston de sortie a dix fois la surface de l’entrée, la force de sortie sera dix fois la force d’entrée. Par exemple, si la force d’entrée est de 5 unités, la zone d’entrée est de 2 unités et la zone de sortie est de 20 unités, la force de sortie sera de 50 unités. De cette façon, des objets lourds peuvent être soulevés sans avoir besoin d’appliquer une force importante.
Cela ne signifie pas que l’énergie supplémentaire apparaît de nulle part. La quantité par laquelle le piston de sortie est soulevé sera inférieure à la quantité par laquelle le piston d’entrée est enfoncé, ce qui égalise les choses. Dans l’exemple ci-dessus, si le piston d’entrée est poussé vers le bas de 10 unités, le piston de sortie sera relevé d’une unité. Le principe est similaire à l’utilisation d’un levier pour soulever une pierre. Les mécanismes hydrauliques de nombreux types, tels que les systèmes de freinage des avions et de certains véhicules, reposent sur la loi de Pascal.