Effet de tension superficielle????

par **JeanPiR** » 29 Mai 2007, 18:50

Bonjour,

je suis étudiant en ecole d'ingénieur et je me posais une petite question. Ma grand mère s'est faite poser une prothèse de hanche (sphère et calotte sphérique en contact). Jai vu un modèle de démonstration et j'ai été impressioné par le fait que si on met une goutte de liquide dans la calotte sphérique et qu'on y met ensuite la sphère (de rayon à peine inférieur à celui de la calotte), il est assez difficile d'enlever la sphère dela calotte. Qu'est ce qui est à l'origine de ce phénomène selon vous?

Pour ma part j'ai penser à un effet de tension superficielle mais j'ai du mal à exprimer la force qui s'exerce entre la suface du solide et la pellicule liquide.

Merci de vos réponses.

par **cesar** » 29 Mai 2007, 20:58

la meme chose qui retient la feuille de papier sur un verre rempli d'eau et que l'on retourne....la pression de l'air...mais ce n'est qu'une hypothese...

par **JeanPiR** » 29 Mai 2007, 21:35

C'est possible que ce soit la même chose que le feuille de papier sur le verre retournée. Je ne conniassais pas l'explication de ce phénomène. On peut lemodéliser?

par **Dominique Lefebvre** » 29 Mai 2007, 21:56

Bonsoir,

il s'agit d'un phénomène d'adhésion capillaire.

Si tu prends deux plaques planes et que tu disposes une goutte d'eau entre les deux, l'eau mouille les deux plaques. Le fait que le liquide soit mouillant pour les plaques est essentiel.

Supposons que les plaques soient distantes de h. La goutte d'eau forme un pont capillaire de rayon r et de surface à peu près égale à pi*r^2.

Si theta est l'angle de contact au mouillage, la pression de Laplace (la force due à la tension superficielle à l'interface) est environ égale à -2gcos(theta)/h et la force attractive qui s'exerce entre les plaques (si theta < pi/2) est égale à pi*r^2*2gcos(theta)/h.
g est ici la tension superficielle et dépend du liquide (on la note gamma d'où mon g peu orthodoxe...).

par **JeanPiR** » 29 Mai 2007, 22:13

Merci pour cette réponse très complète.

Je vais essayer de le modéliser pour la demie sphère pour savoir si c'est responsable de la tenue de la hanche une fois placée. Par contre je comprend pas trop ce que représente le theta, angle de contact au mouillage. Dépend-t-il du solide et du liquide en contact?

par **Dominique Lefebvre** » 29 Mai 2007, 22:23

JeanPiR a écrit:Merci pour cette réponse très complète.

Je vais essayer de le modéliser pour la demie sphère pour savoir si c'est responsable de la tenue de la hanche une fois placée. Par contre je comprend pas trop ce que représente le theta, angle de contact au mouillage. Dépend-t-il du solide et du liquide en contact?

Tu peux considérer un élement très petit des deux sphères en contact et l'assimiler à deux surfaces planes. Dans ce cas, l'angle de contact theta vaut 0.

Pour te donner un ordre de grandeur, si l'on mouille avec une goutte d'eau d'un rayon de 1 cm, deux plaques distantes de 5 microns, la force d'adhésion est d'environ 10 N (c'est l'exemple classique des cours sur la tension superficielle!).

par **JeanPiR** » 30 Mai 2007, 00:34

Et qu'en est il de la mouillabilité de la surface, en quoi entre-t-elle en compte dans le calcul de cette force? Il me semble que tu avais abordé ce concept dans ta première réponse et je ne vois pas sa trace dans l'expression finale obtenue.

En tout cas merci beaucoup pour tes éclairages.

par **Dominique Lefebvre** » 30 Mai 2007, 09:19

Bonjour,

Le mouillage traduit la capacité d'un liquide à s'étaler ou au contraire à former une goutte lorsqu'on le dépose sur la surface d'un matériau quelconque. On définit un paramètre d'étalement qui dépend de trois tensions superficielles : celles des interfaces solide/air , solide/liquide et liquide/air (mon g).

Il se trouve que l'eau mouille bien l'acier inoxydable propre ou le titane (matériaux des prothèses). Elle mouille aussi bien le verre (propre) mais mal le plastique.

Si ça t'intéresses, cherche des notes à propos de la loi de Young-Dupré.

Etant donné la nature du phénomène qui tu exposais, j'ai considéré que le mouillage était parfait. Cela se traduit par l'approximation theta = 0, qui n'est valable que pour un mouillage parfait.

par **JeanPiR** » 31 Mai 2007, 12:06

Bonjour,

l'article de Wikipedia sur la tension superficielle (http://fr.wikipedia.org/wiki/Loi_de_Laplace) donne une variation de pression de 2g/R avec R le rayon de courbure de la surface entre les deux milieux (dans le cadre de contact des surfaces sphériques). Or dans la formule donnée precedement la force est proportionelle à 2g/h avec h la différence des rayons. Qu'en est-il?

Merci d'avance de tes éclairages.

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