Liquides (physique): définition, propriétés et exemples

Le liquide est l'un des quatre états de la matière, les autres étant le solide, le gaz et le plasma. L'étude de la physique associée aux liquides est un domaine étonnamment vaste. Mais quand vous considérez combien de votre vie dépend de l'eau qui coule à travers des tuyaux, ou des bateaux pouvant flotter dans l'océan, ou même votre sirop à crêpes pouvant s'écouler correctement de son contenant, il est facile de comprendre pourquoi l'étude et la compréhension des liquides sont important.

Il existe quatre états principaux de la matière: l'état solide, l'état liquide, l'état gazeux et le plasma. La matière peut changer d'un état à un autre en fonction des conditions de pression et de température.

Dans un solide, les molécules du matériau sont étroitement liées et le matériau conserve sa forme. Dans un liquide, les molécules sont moins étroitement liées et capables de glisser ou de s'écouler les unes par rapport aux autres. Dans un gaz, les molécules se séparent les unes des autres. Un gaz remplira toujours le récipient dans lequel il se trouve et peut facilement se dilater et se contracter, tandis que les liquides et les solides ne le peuvent pas (ou du moins pas dans la même mesure).

Lorsqu'un gaz se condense et que les molécules deviennent suffisamment proches pour s'affecter et adhérer, il se transforme en une forme liquide. Cela nécessite généralement un refroidissement, ce qui élimine l'énergie du système.

Quand quelque chose sous une forme solide fond, il devient liquide. Cela nécessite généralement un chauffage qui ajoute de l'énergie au système. À mesure que la température du matériau augmente, le mouvement moléculaire augmente et surmonte les forces intermoléculaires essayant de maintenir les molécules ensemble de manière rigide.

Comme mentionné précédemment, le liquide est un état de la matière. L'incompressibilité des liquides signifie qu'ils ont une volume fixe (volume défini) et ne pas se dilater ou se contracter de manière significative comme le ferait un gaz.

Dans un liquide, les molécules sont faiblement reliées entre elles par des forces de cohésion et peuvent s'écouler librement les unes au-dessus des autres. Les liquides prennent la forme de la partie inférieure du récipient dans lequel ils se trouvent et ne conservent pas une forme définie comme le font les solides.

Les liquides sont souvent classés comme fluide, qui est une étiquette plus large appliquée à la fois aux liquides et aux gaz. Un fluide est une substance qui peut s'écouler, et de nombreuses lois de la physique qui s'appliquent à l'écoulement d'un liquide s'appliquent également à l'écoulement des gaz.

Des exemples de liquides peuvent être trouvés tout autour de vous. Celui avec lequel vous êtes probablement le plus familier est l'eau car elle est nécessaire à la vie et couvre environ 71% de la surface de la terre. Parce que l'eau est sous forme liquide à des températures standard sur Terre, on pense que c'est la raison pour laquelle la vie a pu se former et s'épanouir ici.

Il existe bien sûr de nombreuses autres substances liquides à température ambiante, notamment l'alcool, l'essence et même le mercure.

Les substances qui n'existent sous forme liquide qu'à des températures beaucoup plus froides comprennent l'acétylène, le dioxyde de carbone, le méthane et l'azote liquide. Les substances qui n'existent sous forme liquide qu'à des températures beaucoup plus élevées comprennent l'aluminium et de nombreux autres métaux, le carbone, la porcelaine et le sable.

Liquide Crystal est un état de la matière entre liquide et solide. Certaines substances ont essentiellement deux points de fusion différents: un point auquel elles deviennent un cristal liquide et un autre point plus élevé auquel elles deviennent un liquide régulier. Les cristaux liquides peuvent s'écouler comme un liquide mais présentent également des symétries typiquement associées aux solides cristallins. Les cristaux liquides sont utilisés dans les affichages des montres, des calculatrices et des téléviseurs.

La pression est une mesure de la force par unité de surface. Dans une substance liquide, toutes les molécules liquides se pressent les unes contre les autres et créent un Pression interne. Vous pouvez imaginer que les parois du récipient ressentent également cette force par unité de surface, et si vous deviez percer un trou, la pression forcerait le liquide à sortir.

La pression dans un liquide est aussi la raison pour laquelle vous pouvez flotter dans une piscine. La force associée contrecarre la gravité.

La valeur de la pression dans un liquide dépend de la densité et de la profondeur du liquide. La relation est la suivante :

Où P est la pression, ρ est la densité, ré est la profondeur, et g est l'accélération due à la pesanteur.

Le fait que la pression augmente avec la profondeur est la raison pour laquelle les plongeurs doivent être prudents. Ils doivent permettre à leur corps de s'acclimater aux augmentations et aux diminutions de pression pour éviter les blessures.

Pour le liquide dans un tuyau, les différences de pression le long du tuyau entraîneront l'écoulement du liquide. En effet, la pression est essentiellement une force et une force déséquilibrée provoque un changement de mouvement.

Comme vous le savez probablement, certains objets flottent et certains objets coulent, et même ceux qui coulent ont tendance à le faire lentement. Cela nous indique qu'il doit y avoir une force que le liquide applique qui contrecarre la gravité. Cette force est appelée force de poussée. Le principe d'Archimède décrit la force de flottabilité dans un liquide, c'est-à-dire la force qui fait flotter les objets.

Archimède énonce très simplement la valeur de la poussée d'Archimède: elle est égale au poids de fluide déplacé par l'objet immergé. Ce poids est facilement calculé comme le produit du volume de l'objet (ou de la partie de l'objet) qui est immergé, la densité du liquide, et g, l'accélération due à la gravité.

Puisque la force de gravité sur un objet est le produit de sa masse et de g, et que sa masse est égale à la produit de son volume et de sa densité, il est facile de voir que pour flotter, les objets doivent être moins denses que l'eau.

Une autre propriété des liquides est la viscosité. La viscosité est une mesure de la finesse ou de l'épaisseur d'un liquide ou de sa résistance à l'écoulement ou aux objets qui le traversent. Si vous compariez le sirop à l'eau, par exemple, vous remarqueriez que l'eau se déverse plus vite et plus rapidement que le sirop épais. C'est parce que le sirop a une viscosité plus élevée. On dit qu'il est plus visqueux.

La viscosité est causée par la friction entre les molécules dans les couches d'un fluide en écoulement. Plus le frottement est important, plus la viscosité est élevée. Les facteurs qui déterminent la viscosité d'un liquide comprennent la température et la forme moléculaire.