Études de cas pratique

EGC

Théorème de Torricelli

Théorème de Torricelli

Comprendre le Théorème de Torricelli

Un grand réservoir cylindrique d’eau est utilisé dans une installation industrielle pour refroidir les machines.

Le réservoir a une hauteur de 10 mètres et est constamment maintenu plein grâce à un système d’alimentation automatique.

Pour évacuer l’eau chaude, une petite ouverture a été pratiquée à la base du réservoir.

Données :

  1. Hauteur (h) du niveau de l’eau jusqu’à l’ouverture : 10 mètres
  2. Diamètre de l’ouverture (d) : 5 cm
  3. Coefficient de débit (C) : 0,62 (prend en compte les pertes d’énergie dues à la forme de l’ouverture et à la viscosité de l’eau)
  4. Accélération due à la gravité (g) : 9,81 m/s²

Instructions :

Calculer la vitesse (v) de sortie de l’eau par l’ouverture en utilisant le Théorème de Torricelli, puis déterminer le débit volumique (Q) de l’eau sortant du réservoir.

Correction : Théorème de Torricelli

1. Calculer la vitesse de sortie \(v\) :

D’après le Théorème de Torricelli, la vitesse de sortie de l’eau est donnée par :
\[
v = C \sqrt{2gh}
\]

où :

  • \( C \) est le coefficient de débit, \(0,62\).
  • \( g \) est l’accélération due à la gravité, \(9,81 \, \text{m/s}^2\).
  • \( h \) est la hauteur de l’eau, \(10 \, \text{mètres}\).

En substituant ces valeurs, nous obtenons :
\[
v = 0,62 \times \sqrt{2 \times 9,81 \times 10} \] \[
v = 0,62 \times \sqrt{196,2} \] \[
v = 0,62 \times 14 \] \[
v \approx 8,68 \, \text{m/s}
\]

2. Calculer l’aire de l’ouverture \(A\) :

L’aire \( A \) d’un cercle est calculée par la formule \( \pi r^2 \), où \( r \) est le rayon du cercle.

Le diamètre de l’ouverture est de 5 cm, donc le rayon est de 2,5 cm ou \(0,025 \, \text{mètres}\) (car \(1 \, \text{cm} = 0,01 \, \text{m}\)). Ainsi :
\[
A = \pi \times (0,025)^2 \] \[
A = \pi \times 0,000625 \] \[
A \approx 0,0019635 \, \text{m}^2
\]

3. Calculer le débit volumique \(Q\) :

Le débit volumique est donné par :
\[
Q = A \times v
\]
En substituant les valeurs calculées :

\[ Q = 0,0019635 \times 8,68 \] \[
Q \approx 0,01704 \, \text{m}^3/\text{s}
\]

Réponse :

La vitesse de sortie de l’eau est d’environ \(8,68 \, \text{m/s}\).
Le débit volumique de l’eau sortant du réservoir est d’environ \(0,01704 \, \text{m}^3/\text{s}\), ce qui équivaut à environ \(17,04 \, \text{litres par seconde}\), car \(1 \, \text{m}^3 = 1000 \, \text{litres}\).

Théorème de Torricelli

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