Cinématique des fluides : 158 questions de concours corrigées
52 épreuves X-ENS, Mines, Centrale, CCINP, E3A et Banque PT, sessions 2020 à 2025, filières MP, PSI, PC, PT, TSI et BCPST.
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Description eulérienne et lagrangienne, champ des vitesses, dérivée particulaire, lignes de courant, débits, conservation de la masse, écoulements incompressibles, stationnaires, irrotationnels, vorticité, potentiel des vitesses.
Au programme : en spé (2e année) pour PC, PSI, PT, TSI et BCPST.
Les questions, avec indice et corrigé
158 questions, incontournables d'abord, puis de la plus accessible à la plus difficile.
X-ENS Physique B PC 2024, Q1
L'échelle spatiale de description choisie en mécanique des fluides est l'échelle mésoscopique à laquelle est définie la particule fluide. Indiquer quel critère (objectif) guide le choix de la taille…
- échelle mésoscopique
- particule fluide
Mines-Ponts Physique 2 PC 2024, Q11
Rappeler sans démonstration l'équation locale, liant les variations spatio–temporelles de ρ et v, qui exprime la conservation de la masse du fluide lors de son mouvement.
CentraleSupélec Physique 1 PC 2024, Q28
En tenant compte de l'incompressibilité des fluides, montrer que Δ φ₁ = 0 et Δ φ₂ = 0.
Mines-Ponts Physique 2 PC 2023, Q17
Montrer que le potentiel des vitesses vérifie l'équation de Laplace Δ φ = 0.
Mines-Ponts Physique 2 PSI 2023, Q17
Montrer que le potentiel des vitesses vérifie l'équation de Laplace Δ φ = 0 .
CentraleSupélec Physique 1 PC 2023, Q27
Montrer qu'il existe un potentiel des vitesses φ tel que vₑ = gradφ et vérifiant l'équation de Laplace Δ φ = 0.
E3A Physique-Chimie PC 2023, Q6
L'écoulement est supposé unidimensionnel. Écrire une relation entre les vitesses v₁, v₂ et les sections S₁ et S₂.
E3A Physique-Chimie PC 2022, Q12
Définir les expressions suivantes figurant dans l'énoncé : écoulement parfait, écoulement homogène et incompressible, écoulement stationnaire.
- fluide parfait
- écoulement incompressible
- écoulement stationnaire
CentraleSupélec Physique 1 PC 2021, Q12
Préciser le sens physique associé aux deux termes (∂ v)/(∂ t) et (v · grad)v formant la dérivée particulaire Dv/Dt de la vitesse.
ENS Physique BCPST 2020, Q37
En exprimant la quantité élémentaire de matière qui traverse une surface élémentaire dS(r) située en r pendant une durée dt, sous l'effet du transport convectif par l'écoulement seulement, justifier…
- flux convectif
- vecteur densité de courant
CentraleSupélec Physique 2 PC 2020, Q28
Montrer que le potentiel vérifie Δ φ = 0. (II.2)
CCINP Physique PC 2020, Q1
Définir la notion de ligne de courant associée aux particules de fluide. Est-ce une description de nature eulérienne ou lagrangienne ?
- ligne de courant
- description eulérienne
Mines-Ponts Physique 1 PSI 2025, Q1
En négligeant tout frottement, montrer que la trajectoire des gouttes est parabolique et que la portée maximale est atteinte lors d'un tir sous un angle de 45° (figure 2). Exprimer v₀ en fonction de…
- mouvement balistique
- portée
- débit volumique
CentraleSupélec Physique 1 PC 2024, Q31
Exprimer les composantes de v₁ en fonction de φ₁. Déduire d'une condition limite satisfaite en z = -h par le champ des vitesses une condition sur la fonction φ₁.
Mines-Ponts Physique 2 PC 2023, Q15
En faisant un bilan de matière dans un petit volume dτ = dxdydz pendant un temps élémentaire dt, établir la loi de conservation de la matière reliant ρ(x,z,t), uₓ(x,z,t) et u_z(x,z,t), où uₓ = u ·…
Mines-Ponts Physique 2 PSI 2023, Q15
En faisant un bilan de matière dans un petit volume dτ = dxdydz pendant un temps élémentaire dt, établir la loi de conservation de la matière reliant ρ(x,z,t), uₓ(x,z,t) et u_z(x,z,t), où uₓ = u ·…
CentraleSupélec Physique 2 PC 2023, Q26
Rappeler l'équation de conservation de la masse et la linéariser.
ENS Physique C PC 2022, Q44
Rappeler l'expression du vecteur densité de courant associé au transport de la masse. À l'aide d'un bilan local de masse sur une tranche de fluide d'épaisseur dx, déterminer l'équation de…
- conservation de la masse
- bilan macroscopique
Polytechnique Physique A PC 2022, Q17
On néglige les phénomènes de dissipation, dus par exemple à la viscosité du liquide. Vérifier que le champ de vitesses suivant correspond à un écoulement irrotationnel et incompressible, et que sa…
Polytechnique Physique A PC 2022, Q18
Pour quelles valeurs de k ce champ de vitesses vérifie-t-il les bonnes conditions aux limites sur les parois verticales du récipient ?
CentraleSupélec Physique-Chimie 2 TSI 2022, Q48
Par des arguments d'invariance similaires à cuex utilisés lors de la détermination des champs électromagnétiques E et B, déterminer de quel(s) paramètre(s) dépend la vitesse v du fluide en M.
- symétrie et invariances
- coordonnée cylindrique
CCINP Physique PC 2021, Q38
Exprimer le débit volumique D_v à travers une section droite comprise entre les deux plans et de largeur ℓ selon u_y.
E3A Physique-Chimie PSI 2021, Q24
Toujours dans le cadre de l'approximation acoustique, établir la relation : ((∂ µ₁)/(∂ t)) = -µ₀ ((∂ v₁)/(∂ x))
X-ENS Physique B PC 2020, Q30
Préciser ce que traduit chacune de ces équations.
CentraleSupélec Physique 2 PC 2020, Q27
En déduire que l'écoulement est irrotationnel et introduire le potentiel des vitesses φ(x, z, t).
ENS Physique BCPST 2023, Q51
Établir l'expression du débit de volume Q_v en fonction de R, Δ P = P₁ - P₂, η et ℓ.
- débit volumique
- formule de poiseuille
- intégration
CCINP Physique-Chimie TSI 2025, Q15
Justifier que la valeur de la vitesse d’écoulement du fluide est identique en D et en F.
CCINP Physique-Chimie TSI 2025, Q16
Calculer (en m⁻¹) la vitesse d’éjection de l’eau au point G.
E3A Physique-Chimie PSI 2025, Q24
Déterminer la valeur numérique du débit volumique sanguin moyen D. En déduire la valeur numérique de la vitesse v_s du sang dans l'aorte.
ENS Physique C PC 2024, Q42
Exprimer N_B(R, t) en terme du profil de densité particulaire n(r, t).
- intégrale volumique
- nombre de particules
Mines-Ponts Physique 1 PC 2024, Q1
Quel est le débit volumique moyen D_p de la pompe en litres par seconde ?
Mines-Ponts Physique 1 PC 2024, Q17
Pourquoi peut-on considérer v_s(A,t) et vₜ(B,t) uniformes sur toute la section de leur canalisation ? Quelle est la relation entre v_s et vₜ ?
Mines-Ponts Physique 1 PSI 2024, Q1
Quel est le débit volumique moyen D_p de la pompe en litres par seconde ?
Mines-Ponts Physique 2 PC 2024, Q9
Préciser la signification et l'unité de mesure usuelle (ou la dimension) du terme gradv²/2.
- accélération convective
- analyse dimensionnelle
CentraleSupélec Physique-Chimie 2 TSI 2024, Q3
Calculer v, la vitesse de l'eau dans les tuyaux.
CCINP Physique-Chimie PSI 2024, Q2
Que signifie concrètement, pour les grandeurs vₑ, v_s, Sₑ et S_s, le fait de se placer en régime stationnaire ?
- écoulement stationnaire
CCINP Physique-Chimie PSI 2024, Q4
Rappeler la définition générale du débit volumique D_v et justifier qu'il se conserve ici le long de l'écoulement. En déduire deux expressions de D_v en fonction de vₑ, v_s, Sₑ et de S_s.
CCINP Physique-Chimie PSI 2024, Q10
L'application numérique donne D_v,eq = 6,0 · 10⁻² m³⁻¹. En déduire les valeurs numériques de vₑ et de v_s à 0,1 m⁻¹ près, avec Sₑ = 80 cm² et S_s = 25 cm².
E3A Physique-Chimie PSI 2024, Q12
L'écoulement étant supposé incompressible, en déduire l'expression de V(t) en fonction de S, s, g et de h(t). Préciser qualitativement le sens d'évolution de V(t) lors de la vidange.
Mines-Ponts Physique 2 PC 2023, Q16
Dans le cas où le fluide est incompressible, démontrer que cette relation devient simplement (∂ uₓ)/(∂ x) + (∂ u_z)/(∂ z) = 0.
- fluide incompressible
- divergence nulle
- écoulement bidimensionnel
Mines-Ponts Physique 2 PSI 2023, Q16
Dans le cas où le fluide est incompressible, démontrer que cette relation devient simplement (∂ uₓ)/(∂ x) + (∂ u_z)/(∂ z) = 0 .
CentraleSupélec Physique 1 PC 2023, Q28
Pour l'écoulement uniforme, loin en amont, montrer que le potentiel des vitesses φ associé peut être pris de la forme φ = v₀ x. Caractériser alors les surfaces équipotentielles et les lignes de…
CentraleSupélec Physique-Chimie 1 TSI 2023, Q3
Montrer que la vitesse de l'eau aux points E et S est identique : v_E = v_S.
CentraleSupélec Physique-Chimie 1 TSI 2023, Q5
En déduire la puissance mécanique de la pompe P_meca nécessaire.
Banque PT Physique A PT 2023, Q17
Quelle est la vitesse v de l'eau à l'entrée ? Pourquoi peut-elle être supposée uniforme dans le tuyau ?
Banque PT Physique B PT 2023, Q4
Quel est le débit massique maximum dans la conduite après confluence ? Quelle vitesse moyenne peut-on prévoir dans cette conduite au maximum ?
ENS Physique C PC 2022, Q45
Généraliser sans justifier cette équation dans le cas d'un écoulement quelconque bidimensionnel sous la forme (∂ h)/(∂ t) + divJ = 0 (19) où J est un champ de vecteurs à déterminer.
CentraleSupélec Physique-Chimie 1 PSI 2022, Q20
Que peut-on alors dire des débits massiques Dₘ₁ et Dₘ₂, ainsi que des débits volumiques D_v1 et D_v2 dans chacune des couches en dehors de la zone de mélange ?
CentraleSupélec Physique-Chimie 2 TSI 2022, Q43
Un patient normal au repos possède un débit cardiaque sanguin D_v = 5,4 L⁻¹ et une fréquence cardiaque f = 70 battements par minute. Quel est le volume V d'éjection de sang à chaque battement du…
CCINP Physique-Chimie PSI 2022, Q15
Cette chute des particules est à l'origine d'un courant convectif vertical des particules. On note : j = j(z)e_z, le vecteur densité de courant de particules associé. Préciser l'unité de j. Puis…
- vecteur densité de courant
- flux convectif
E3A Physique-Chimie PC 2022, Q11
Quelle est l'expression du vecteur tourbillon ? Que représente qualitativement ce vecteur au niveau local ? Dans quel cas ce vecteur est-il nul ? Comment est alors caractérisé l'écoulement…
E3A Physique-Chimie PSI 2022, Q17
L'écoulement étant supposé incompressible, trouver une relation liant les vitesses v₁(t) et v₂(t) de la pâte à l'instant t au niveau des sections de rayons respectifs R₁ et R₂.
- conservation du débit volumique
- écoulement incompressible
CentraleSupélec Physique 1 PC 2021, Q32
Exprimer en ordre de grandeur la vitesse v de l'écoulement induit par les oscillations du cylindre en fonction de leur amplitude a et de leur pulsation ω.
- ordre de grandeur
- vitesse
CentraleSupélec Physique-Chimie 1 PSI 2021, Q47
L'incendie a duré 15 heures et a mobilisé plus de 500 pompiers, appuyés par 18 lances supposées toutes identiques et de même débit 500 L⁻¹. Toutes les lances n'ont pas été en action pendant cette…
CentraleSupélec Physique-Chimie 2 TSI 2021, Q2
En déduire une estimation de la vitesse moyenne (vitesse débitante) vₘ du pétrole dans l'oléoduc.
Banque PT Physique A PT 2021, Q16
Comment se comporte l'eau dans le siphon après le passage à la cote z_B ? Quelle approximation peut-on faire ?
- siphon
- vase communicant
- approximation quasi stationnaire
Banque PT Physique A PT 2021, Q18
Quel durée, notée t₁, faut-il pour que le niveau d'eau passe de la cote z_B à la cote z_C.
- débit volumique
- durée de remplissage
Banque PT Physique A PT 2021, Q21
En déduire l'expression du débit volumique Dₜ en sortie du siphon au point D.
- débit volumique
- formule de torricelli
Banque PT Physique A PT 2021, Q26
Donner l'expression de la période des oscillations.
- période d'oscillation
- vase de tantale
Mines-Ponts Physique 2 PSI 2020, Q2
On considère une particule fluide, de volume dτ, mise en mouvement par le passage de l'onde sonore. Montrer que, dans l'approximation acoustique, son accélération peut s'écrire a = (∂ v)/(∂ t).
CentraleSupélec Physique 2 PC 2020, Q29
Dans quelles autres situations en physique rencontre-t-on ce type d'équation ? Les décrire en quelques lignes.
ENS Physique BCPST 2025, Q11
Intégrer cette équation différentielle afin de déterminer la fonction L = L(t).
- intégration d'équation différentielle
ENS Physique BCPST 2025, Q12
Représenter l'allure graphique de la fonction L = L(t). Cette fonction a-t-elle une limite pour t → +∞ ?
- allure de courbe
ENS Physique BCPST 2025, Q13
Dans la réalité, on observe que L atteint une longueur limite. Indiquer comment devrait alors se comporter ψ pour t → +∞. En déduire quel phénomène il est donc nécessaire de prendre en compte pour…
- sédimentation
ENS Physique BCPST 2025, Q22
Pendant l'intervalle de temps dt, la longueur du nuage progresse de dL et son excès de fraction volumique solide varie de dψ. À partir des équations (4) et (6), établir que L et ψ sont liées selon…
- équation différentielle couplée
ENS Physique BCPST 2025, Q24
Application numérique : Calculer la distance Lₘₐₓ parcourue par une nuée ardente pour les valeurs suivantes (comparables au cas de l'éruption du Mont Saint-Helens en 1980) : h₀ = L₀ = 1 km ; ψ₀ =…
- calcul d'intégrale
- application numérique
CentraleSupélec Physique 1 PC 2025, Q33
Proposer un ordre de grandeur pour v₀, en kilomètre par heure. Expliciter ensuite div () et (v·grad)v avec v = v₀ + v et ρ = ρ₀ + ρ en vous limitant aux termes du premier ordre en ρ et v.
CentraleSupélec Physique-Chimie 1 PSI 2025, Q13
Déterminer l'expression puis la valeur de la vitesse débitante v_A de la vapeur à l'entrée de la turbine haute pression. En déduire la valeur de la vitesse v_B en sortie si la turbine gardait un…
E3A Physique-Chimie PSI 2025, Q33
En supposant que l'ensemble des capillaires sont en dérivation et que la vitesse du sang dans un capillaire est de l'ordre de 1 mm⁻¹, donner une estimation du nombre de capillaires présents dans le…
ENS Physique C PC 2024, Q38
Justifier en quelques mots le fait que – les fonctions n(r, t), s(r, t), P(r, t) et T(r, t) ne dépendent pas de la direction de r – le champ de vitesse est de la forme v(r, t) = v_r(r, t) u_r.
- symétrie sphérique
- champ des vitesses
Mines-Ponts Physique 1 PSI 2024, Q21
En supposant l'écoulement de l'eau autour de la bulle incompressible, déterminer l'expression de la vitesse v(r,t) d'un point quelconque M situé dans l'eau, à une distance r du centre de la bulle et…
Mines-Ponts Physique 2 PC 2024, Q16
Quelle circonstance autorise à négliger les variations de la pression dans l'air ? Pourquoi peut-on choisir de décrire la vitesse v de l'eau sous la forme v = gradA(r,t) ?
CentraleSupélec Physique 1 PC 2024, Q32
Exprimer les composantes de v₂ en fonction de U et φ₂. Déduire d'une condition limite lorsque z → +∞, en supposant l'écoulement d'air non perturbé loin de la surface de l'eau, des conditions limites…
- condition aux limites
- perturbation évanescente
CentraleSupélec Physique 1 PC 2024, Q35
Établir l'équation différentielle satisfaite par φ₂(z). En déduire la solution φ₂(z) uniquement en fonction de k, z et de la constante φ₂⁰ = φ₂(z = 0) en tenant compte d'une condition limite établie…
CentraleSupélec Physique 1 PC 2024, Q36
Établir l'équation différentielle satisfaite par φ₁(z). En déduire que φ₁(z) = φ₁⁰ cosh (k(z + h)) où intervient la constante φ₁⁰ = (φ₁(z = 0))/(cosh (kh)) en tenant compte d'une condition limite…
CentraleSupélec Physique 2 PC 2024, Q18
Montrer que le produit µ(r)v(r)r² est une constante de l'écoulement modélisé. On ne se préoccupera pas de la valeur de cette constante.
Banque PT Physique B PT 2024, Q20
Montrer que l'on peut mettre la vitesse v₀ de l'eau au niveau du robinet de vidange sous la forme : v₀ = -R²/r² dz/dt
ENS Physique BCPST 2023, Q53
Établir la relation entre la vitesse moyenne v_s sur une section de la canalisation et la vitesse maximale v_s,max , dans la conduite cylindrique.
- vitesse moyenne
- vitesse maximale
- écoulement de poiseuille
Mines-Ponts Physique 1 PSI 2023, Q4
Montrer que le caractère incompressible de l'écoulement assure que cet élément de fluide n'est pas accéléré.
Mines-Ponts Physique 2 PC 2023, Q21
Montrer que les fonctions X(x,t) et Z(z) sont solutions du système d'équations suivant : (∂² X)/(∂ x²) = -µ X (d² Z)/(d z²) = µ Z où µ est une constante qui ne dépend ni des coordonnées spatiales ni…
- séparation des variables
- équation de laplace
- constante de séparation
Mines-Ponts Physique 2 PC 2023, Q22
En utilisant l'une des conditions de surface au repos montrer que les expressions X(x,t) = sin (kx - ω t) et .(d Z)/(d z)|_z=0 = γ = cste résolvent le problème. On exprimera la constante γ en…
CentraleSupélec Physique 1 PC 2023, Q29
Déterminer l'expression de γ.
CentraleSupélec Physique 1 PC 2023, Q30
Déterminer les composantes polaires v_er et v_eθ du champ de vitesses vₑ.
CentraleSupélec Physique 1 PC 2023, Q43
On note Dₘ(x') le débit massique à travers la section droite en x' de la couche limite et de largeur Lₜ. Déterminer l'expression de Dₘ(x') en fonction de la masse volumique ρ, de la norme de la…
- débit massique
- épaisseur de déplacement
CentraleSupélec Physique-Chimie 1 PSI 2023, Q28
Les différents accumulateurs sont placés côté à côte selon un agencement 6 × 6 × 4 (figures 8 et 9). Exprimer puis calculer d_écoulement, la distance caractéristique de l'écoulement entre les…
- dimension caractéristique
- écoulement interne
E3A Physique-Chimie PC 2023, Q10
Écrire l'équation locale traduisant la conservation de la masse dans l'eau. Quelle relation peut-on déduire de l'imperméabilité de la paroi Σ de la microbulle ? À l'aide des données en fin de…
- conservation de la masse
- coordonnée sphérique
ENS Physique-Chimie L PC 2022, Q14
Détailler les différentes hypothèses regroupées sous l'hypothèse H_v.
- champ eulérien
- hypothèse d'écoulement
ENS Physique-Chimie L PC 2022, Q15
Donner, sous forme d'une intégrale, l'expression de l'énergie cinétique E_c(t) du liquide à un instant t quelconque.
- énergie cinétique
- intégrale volumique
Polytechnique Physique A PC 2022, Q16
Quelle condition k et ζ(t) doivent-ils vérifier pour que la surface du liquide soit, en tout point, peu inclinée par rapport au plan horizontal ? On supposera cette condition vérifiée dans toute la…
- approximation des petites pentes
- surface libre
Mines-Ponts Physique 1 MP 2022, Q22
Expliquer qualitativement comment l'analyse des courbes de la figure 4 permet une première mesure de la norme de la vitesse de l'écoulement du fluide.
- temps de vol
- convection
Mines-Ponts Physique 2 PC 2022, Q21
Montrer que le débit volumique s'écrit Q = (2π a h₀³β)/3ηξ(x) avec x = h₀/a et ξ(x) = 3/16x³[1 + 3(1+x)⁴ - 4(1+x)⁴ln (1+x) - 4(1+x)²]. (4) On pourra s'aider de la primitive fournie dans le…
- débit volumique
- écoulement visqueux
Mines-Ponts Physique 2 PC 2022, Q23
Démontrer que le débit volumique local, Q(z,t), et le rayon local R(z,t) = a + h(z,t) de la surface libre vérifient la relation -(∂ Q)/(∂ z) = 2π R(∂ R)/(∂ t). (6)
CentraleSupélec Physique-Chimie 1 PSI 2022, Q21
On se place dans le cas particulier où Dₘ₁ = Dₘ₂ dans les deux tubes de courant de même section. Justifier que v₂ < v₁. On pourra si nécessaire utiliser la forme de la variation empirique de la…
CentraleSupélec Physique-Chimie 1 PSI 2022, Q26
Exprimer v et γ en fonction de v₁ et v₂ pour assurer la continuité du champ des vitesses en z = ± e/2.
CentraleSupélec Physique-Chimie 1 PSI 2022, Q27
Tracer l'allure des lignes de champ de vitesse et du profil de vitesse dans le plan (xOz).
CentraleSupélec Physique-Chimie 1 PSI 2022, Q29
On considère que les masses d'air froid et d'air chaud ne s'interpénètrent pas lors de leur déplacement relatif. Que dire de la vitesse du fluide au niveau d'une bosse de déformation puis au niveau…
CentraleSupélec Physique-Chimie 1 PSI 2022, Q31
Discuter l'intérêt d'introduire la fonction courant dans l'étude sachant qu'il est possible (par une méthode numérique par exemple) de tracer les courbes iso-valeurs de Ψ(x, z, t) à chaque instant…
CentraleSupélec Physique-Chimie 1 PSI 2022, Q33
On admet que chaque fonction Φ_i(z) reste bornée, y compris à l'infini, et tend vers une constante A_i au niveau du plan z = 0. Déterminer Φ₁(z) et Φ₂(z) en fonction de k, A₁, A₂ et z. On ne…
CentraleSupélec Physique-Chimie 1 PSI 2022, Q40
Donner alors une expression définitive de la fonction courant réelle Ψ(x, z, t) en fonction de z, x, t, k, σ, V et A₁ ou A₂ pour z > 0 et pour z < 0.
CentraleSupélec Physique-Chimie 2 TSI 2022, Q51
En déduire les expressions de A et B en fonction de R₁, R₂, ω₁ et ω₂.
- écoulement de couette cylindrique
- condition aux limites
E3A Physique-Chimie PC 2022, Q13
Rappeler la définition d'une ligne de courant. Quelle est la nature de ces lignes de courant dans le cas du modèle de la tornade adopté ? Représenter quelques unes de ces lignes de façon lisible.
E3A Physique-Chimie PC 2022, Q15
Représenter graphiquement ses variations en fonction de r. Proposer une analogie magnétique.
- théorème d'ampère
- analogie électromagnétique
E3A Physique-Chimie PSI 2022, Q28
Justifier que le débit volumique par unité de longueur de cylindre s'écrit : Q(θ) = ∫ₐa⁺h v(r,θ) dr puis calculer cette intégrale en fonction de h, θ, g, η, ρ, a et de Ω.
ENS Physique C PC 2021, Q50
Estimer à partir des documents un temps caractéristique lié à la convection.
- temps caractéristique de convection
CentraleSupélec Physique 1 PC 2021, Q15
Justifier que l'on peut considérer l'écoulement dans la lame de savon comme bidimensionnel. Montrer que, dans cette hypothèse, le terme d'étirement de vortex est nul.
- écoulement bidimensionnel
- étirement de vortex
CentraleSupélec Physique 1 PC 2021, Q20
Montrer que le terme (v · grad)v est nul pour ce problème.
CentraleSupélec Physique 1 PC 2021, Q26
Déterminer le champ de vecteurs vorticité Ω = rotv. Que peut-on dire de Ω en dehors de la couche limite d'épaisseur de l'ordre de grandeur de δ au-dessus de la plaque ? On admettra pour la suite la…
- vorticité
- écoulement irrotationnel
- couche limite
CentraleSupélec Physique 1 PC 2021, Q39
Montrer que le nombre de Strouhal peut être interprété comme le rapport de deux temps caractéristiques τ₁ et τ₂ dont le sens physique sera explicité.
- nombre de strouhal
- temps caractéristique
CentraleSupélec Physique-Chimie 1 PSI 2021, Q39
Comparer la valeur de Vₑ à la vitesse de l'eau dans le tuyau et expliquer la différence observée.
CentraleSupélec Physique-Chimie 2 TSI 2021, Q1
Calculer le débit volumique D_v (en m³⁻¹) de pétrole prévu dans l'oléoduc BTC.
CentraleSupélec Physique-Chimie 2 TSI 2021, Q3
Calculer la vitesse moyenne (débitante) sur une section de conduite du pétrole lors de la première injection. Commenter.
CCINP Physique PC 2021, Q34
Justifier que la forme supposée du champ des vitesses (écoulement parallèle) conduit à la même simplification et ce, indépendamment de la valeur du nombre de Reynolds.
- accélération convective
- écoulement unidirectionnel
CCINP Physique-Chimie PSI 2021, Q23
Que devient l'équation locale de conservation de la masse dans le cadre d'un écoulement stationnaire incompressible ? Par analogie avec l'électromagnétisme ou par application du théorème de Stokes…
CCINP Physique-Chimie PSI 2021, Q24
Déterminer le vecteur vitesse v en tout point de l'espace et tracer l'allure de la courbe v(r).
- théorème d'ampère
- champ des vitesses
Banque PT Physique A PT 2021, Q17
Déterminer l'équation différentielle donnant le niveau d'eau z dans le réservoir en fonction du temps, en déduire l'expression de z(t). Pour cela on choisit l'instant t=0 comme celui du passage à la…
Banque PT Physique A PT 2021, Q22
En tenant compte que le récipient se remplit avec le débit volumique Dₑ et se vide avec le débit volumique Dₜ obtenu en Q21, trouver l'équation différentielle donnant le niveau d'eau z(t) dans le…
- bilan volumique
- vidange de réservoir
Banque PT Physique A PT 2021, Q27
Représenter graphiquement z en fonction du temps sur 2 périodes.
- chronogramme
- oscillateur de relaxation
ENS Physique BCPST 2020, Q35
Justifier l'absence de dépendance des composantes du champ de vitesses vis-à-vis de la variable angulaire θ. Vérifier que ce champ de vitesses vérifie les conditions aux limites pour r = R et pour r…
ENS Physique BCPST 2020, Q36
Dessiner l'allure des lignes de courant associées au profil d'écoulement dans le référentiel de la bactérie.
CCINP Physique PC 2020, Q2
Dans la figure 2 sont représentées les lignes de courant pour un profil donné. En analysant ces lignes de courant, expliquer pourquoi l'écoulement stationnaire de l'air, supposé parfait, homogène et…
- relation de bernoulli
- portance
CCINP Physique-Chimie TSI 2020, Q43
Calculer la vitesse moyenne v d'écoulement du fluide dans le réseau de tuyauterie.
ENS Physique BCPST 2025, Q10
Nous supposons que le volume du nuage reste constant. Établir alors que la longueur L du nuage vérifie l'équation différentielle suivante : L¹/² dL/dt = Aψ¹/² (4) On donnera l'expression de la…
ENS Physique BCPST 2025, Q19
Exprimer le nombre dN_s de particules solides du nuage qui atteignent le sol (z = 0), entre les instants t et t + dt. On fera apparaître, en particulier, les grandeurs L(t) et φ(t).
- flux particulaire
- sédimentation
ENS Physique BCPST 2025, Q20
Nous considérons que le volume du nuage reste constant. Établir un bilan sur le nombre de particules présentes dans le nuage. En déduire que la fraction volumique de solide φ(t) vérifie l'équation…
- bilan particulaire
ENS Physique BCPST 2025, Q21
En s'appuyant sur la structure de l'équation différentielle portant sur la variable ψ, et sur le fait que ψ ≥ 0, représenter l'allure graphique de la dépendance de ψ vis-à-vis du temps (il s'agit…
ENS Physique BCPST 2025, Q23
Établir que la longueur d'extension maximale Lₘₐₓ du nuage s'exprime selon la relation suivante : Lₘₐₓ = ( L₀⁵/² + 5K/2 G(ψ₀, φ_min ) )²/⁵ (9)
ENS Physique C PC 2024, Q43
On pose n₀(r) = n(r, 0). Montrer que pour tout r et tout t 0, on a n(r, t) = (n₀(r/(λ(t))))/(λ(t)³)
ENS Physique C PC 2024, Q44.a
Obtenir une expression de (∂ N_B)/(∂ t)(R, t) faisant apparaître v_r(R, t).
- débit particulaire
- bilan de masse
Mines-Ponts Physique 1 PC 2024, Q19
Quelle équation différentielle est vérifiée par hₑ(t) ? En déduire la durée t_v de la vidange du spa en fonction de dₜ, d_int, g et hₑ(0).
- vidange de torricelli
- équation différentielle
CentraleSupélec Physique 1 PC 2024, Q33
Déduire de cette égalité, après linéarisation, deux équations au premier ordre, l'une faisant intervenir η et φ₁, l'autre η et φ₂.
- condition cinématique de surface
- surface libre
CentraleSupélec Physique 2 PC 2024, Q15
En comparant la distance caractéristique d(r) entre particules et la taille caractéristique de l'écoulement e, indiquer dans quelle zone de l'atmosphère martienne ce modèle continu est de nature à…
- échelle mésoscopique
- milieu continu
ENS Physique BCPST 2023, Q57
En supposant que l'écoulement entrant dans le canal de sortie est fortement focalisé, exprimer w_c et w_s en fonction de v_s, de v_s,max et des débits de volume Qₑ et Q_f, respectivement dans le…
- conservation du débit
- largeur de focalisation
- profil de vitesse
Mines-Ponts Physique 2 PC 2023, Q19
Montrer que, sur la surface libre z = η(x,t), on a la relation (∂ φ)/(∂ z) = (∂ η)/(∂ t) + (∂ φ)/(∂ x) (∂ η)/(∂ x)
Mines-Ponts Physique 2 PC 2023, Q23
En utilisant les résultats précédents complétés par la condition (7) au fond du réservoir, montrer qu'alors Z(z) = ζ (cosh [k(z+H)])/(sinh (kH)) où l'on exprimera la constante ζ en fonction de A, ω…
- condition au fond
- fonction hyperbolique
- équation différentielle
Mines-Ponts Physique 2 PSI 2023, Q4
Établir l'expression de S en fonction de a et α. Établir l'expression de la surface S' de la voile située à la droite de la verticale et représentée en grisé sur la vue de face de la figure 1. On…
- géométrie
- projection de surface
Mines-Ponts Physique 2 PSI 2023, Q19
Montrer que, sur la surface libre z = η(x,t), on a la relation (∂ φ)/(∂ z) = (∂ η)/(∂ t) + (∂ φ)/(∂ x) (∂ η)/(∂ x) (8)
CentraleSupélec Physique-Chimie 1 PSI 2023, Q29
Estimer la vitesse de l'écoulement entre les accumulateurs, en supposant l'écoulement parfait.
ENS Physique-Chimie L PC 2022, Q16
Exprimer l'énergie cinétique E_c0 du liquide dans l'état initial. On l'écrira sous la forme suivante : E_c0 = E_c(1 + α_c) La grandeur positive E_c représente l'énergie cinétique que le liquide…
- énergie cinétique
- rotation de corps solide
ENS Physique-Chimie L PC 2022, Q28
Exprimer la vitesse v(r, t) sous forme d'une intégrale portant sur la vorticité ω. On veillera à distinguer la variable r de la variable muette (par exemple, u) d'intégration spatiale..
- vorticité
- circulation
Mines-Ponts Physique 1 MP 2022, Q24
Expliquer qualitativement comment l'analyse des courbes de la figure 5 permet une seconde mesure de la norme de la vitesse de l'écoulement du fluide.
- temps de vol
- onde thermique
Mines-Ponts Physique 2 PC 2022, Q16
On suppose que l'eau est un fluide incompressible. Calculer, en fonction de R₀, a et λ, le volume V de fluide formant initialement un film d'eau cylindrique d'épaisseur constante h₀ sur une portion…
- fluide incompressible
- conservation du volume
CentraleSupélec Physique-Chimie 1 PSI 2022, Q32
Montrer que les amplitudes des fonctions courants dans les deux écoulements perturbés au dessus et au dessous de l'interface satisfont deux équations de la forme d²Φ_i/dz² - k²Φ_i = 0, avec l'indice…
CentraleSupélec Physique-Chimie 1 PSI 2022, Q38
Montrer que la fonction courant peut s'écrire sous la forme Ψ(x, z > 0, t) = A₁ exp (-z/δ) F(x, t) exp (±σ t) & pour z > 0 Ψ(x, z < 0, t) = A₂ exp (z/δ) F(x, t) exp (±σ t) & pour z < 0 où δ et σ…
- onde évanescente
- taux de croissance
CentraleSupélec Physique-Chimie 2 TSI 2022, Q49
Le fluide est supposé incompressible ce qui se traduit par div(v) = 0. Montrer que la composante radiale v_r de la vitesse v est nulle.
- divergence en cylindriques
- écoulement incompressible
E3A Physique-Chimie PC 2022, Q14
Établir les expressions de la vitesse v_θ(r) dans les deux domaines considérés. On précise que la vitesse est continue dans le domaine dans lequel elle est définie de même qu'en r = R, que v_θ(r =…
- rotationnel en coordonnées cylindriques
- raccordement
ENS Physique C PC 2021, Q52
Justifier que nous prenons comme gradient thermique le gradient correspondant à la convection (humide) plutôt que le profil radiatif.
- hiérarchie des temps
- équilibre radiatif-convectif
CentraleSupélec Physique 1 PC 2021, Q14
On note Ω = rot v la vorticité dans l'écoulement. Montrer, en négligeant les effets de la viscosité ainsi que la résultante des forces volumiques autres que celles de pression, que Ω satisfait à une…
- équation d'euler
- équation de la vorticité
Banque PT Physique A PT 2021, Q23
En raisonnant sur dz(t)/dt au début de la vidange et à la fin de la vidange montrer qu'il ne peut y avoir de vidange effective que si Dₑ est inférieur à une valeur limite valable pour toute la phase…
- condition de vidange
- débit critique
Banque PT Physique A PT 2021, Q24
Montrer que pour certaines valeurs de Dₑ la vidange peut s'arrêter pour une cote z₀ telle que z_B < z₀ < z_C. Déterminer l'expression de cette cote. Expliquer cet effet par un raisonnement physique.
- niveau d'équilibre
- vidange de réservoir
X-ENS Physique B PC 2020, Q22
Nous cherchons d'abord à relier l'amplitude A des ondes à l'amplitude B (B ≥ 0) des oscillations du flotteur. Nous considérons alors que le volume total des bosses (occupant chacune une demie…
X-ENS Physique B PC 2020, Q37
Établir que les vitesses de phase et de groupe sont orthogonales. Établir que leurs composantes selon l'axe (Ox) sont de même signe. En s'appuyant sur la première équation du système (7), montrer…
- vitesse de groupe
- vitesse de phase
- incompressibilité
CentraleSupélec Physique 2 PC 2020, Q4
Dans cette question, il est attendu une rédaction d'étaillée et explicite des méthodes utilisées. Estimer la taille L du bateau sur la figure 3 et évaluer simplement l'incertitude sur cette mesure…
- incertitude-type
- mesure sur image
CentraleSupélec Physique 2 PC 2020, Q5
Donner les coordonnées de ce sillage dans la représentation graphique de la figure 4 de l'annexe 1 et commenter.
- sillage de kelvin
- nombre de froude
ENS Physique C PC 2024, Q44.b
En déduire que pour tout r et tout t 0, on a v_r(r, t) = (λ(t))/(λ(t)) r
- champ de vitesse radial
ENS Physique-Chimie L PC 2022, Q29
Exprimer, à partir du résultat précédent, chacune des dérivées partielles ∂ v/∂ t, ∂ v/∂ r et ∂² v/∂ r². Établir enfin que la vorticité ω(r, t) vérifie l'équation aux dérivées partielles suivante…
- équation de diffusion de la vorticité
Polytechnique Physique A PC 2022, Q25
Justifier que le champ de vitesses dans le liquide est donné par vₓ(x, z, t) &= Z(t) k ζ ekz sin kx v_z(x, z, t) &= -Z(t) k ζ ekz cos kx.
CentraleSupélec Physique-Chimie 1 PSI 2022, Q34
Montrer, en résolvant ce système, que la quantité c peut s'exprimer sous la forme c± = Re(c) + iIm(c) = V ± iΓ/2 où les exposants + et - sont relatifs à deux modes différents de propagation, appelés…
- relation de dispersion
- célérité de phase
ENS Physique C PC 2021, Q70
Exprimer la dérivée particulaire dT/dt en fonction de dérivées partielles. Nous considérons une atmosphère saturée en eau. En effectuant un bilan d'énergie, montrer : ρ c_p (∂ T)/(∂ t) = ρ c_p w(Γ -…
- dérivée particulaire
- bilan thermique convectif
Pièges classiques
- Ne pas confondre la dérivée temporelle eulérienne (ou accélération locale) \frac{\partial \vec{v}}{\partial t}, nulle en régime stationnaire, et l'accélération particulaire \frac{\mathrm{D}\vec{v}}{\mathrm{D}t}, qui comporte le terme convectif (\vec{v}\cdot\vec{\nabla})\vec{v} non nul dès que l'écoulement n'est pas spatialement uniforme.
Questions sources :Mines-Ponts Physique 1 PSI 2023, Q4CentraleSupélec Physique 1 PC 2021, Q12
- Ne pas invoquer à tort le régime permanent pour justifier la conservation du débit volumique : c'est l'incompressibilité du fluide (\operatorname{div}\vec{v} = 0) qui impose la conservation du flux de vitesse à travers les sections d'un tube de courant indéformable, même en régime instationnaire.
Question source :Mines-Ponts Physique 1 PC 2024, Q17
- Ne pas poser d'emblée \operatorname{div}\vec{v} = 0 dans l'équation de conservation de la masse générale : il faut obligatoirement mentionner et justifier l'incompressibilité de l'écoulement et l'homogénéité du fluide.
Questions sources :E3A Physique-Chimie PC 2023, Q10Mines-Ponts Physique 2 PC 2023, Q15
- La condition d'incompressibilité \operatorname{div}\vec{v} = 0 ne détermine le champ des vitesses qu'à une constante ou une fonction d'intégration près : seules les conditions aux limites (non-pénétration ou adhérence aux parois) permettent d'annuler ces termes d'intégration.
Question source :CentraleSupélec Physique-Chimie 2 TSI 2022, Q49
- Lors de la linéarisation autour d'un écoulement moyen non nul \vec{v}_0, le terme convectif ne peut pas être négligé car le produit (\vec{v}_0 \cdot \vec{\nabla})\vec{v}' est un terme du premier ordre en perturbation.
Question source :CentraleSupélec Physique 1 PC 2024, Q33
- Ne pas confondre le terme \vec{\nabla}(v^2/2), homogène à une accélération en \text{m}\cdot\text{s}^{-2}, avec le terme \rho\vec{\nabla}(v^2/2), homogène à une densité volumique de force en \text{N}\cdot\text{m}^{-3}.
Question source :Mines-Ponts Physique 2 PC 2024, Q9
À retenir
- Pour un écoulement incompressible, la conservation de la masse équivaut à la conservation du débit volumique D_V = \iint_S \vec{v}\cdot\mathrm{d}\vec{S} = \text{cste} le long d'un tube de courant ; pour une vitesse uniforme sur une section droite S, on a simplement D_V = v S.
Questions sources :CCINP Physique-Chimie TSI 2025, Q15CentraleSupélec Physique-Chimie 1 TSI 2023, Q3CentraleSupélec Physique-Chimie 1 PSI 2021, Q39CCINP Physique-Chimie TSI 2020, Q43
- En régime permanent (stationnaire), la conservation de la masse garantit la constance du débit massique D_m = \iint_S \rho \vec{v}\cdot\mathrm{d}\vec{S} le long d'un tube de courant ; si le fluide est de plus homogène et incompressible, le débit volumique D_V = D_m / \rho est également conservé.
Question source :CentraleSupélec Physique-Chimie 1 PSI 2022, Q20
- L'équation locale de conservation de la masse sous forme intrinsèque est \frac{\partial \rho}{\partial t} + \operatorname{div}(\rho \vec{v}) = 0, qui se réduit à la condition de flux conservatif \operatorname{div}\vec{v} = 0 pour tout écoulement incompressible.
Questions sources :Mines-Ponts Physique 2 PC 2024, Q11Mines-Ponts Physique 2 PC 2023, Q15Mines-Ponts Physique 2 PC 2023, Q16Mines-Ponts Physique 2 PSI 2023, Q15CCINP Physique-Chimie PSI 2021, Q23
- Un fluide est incompressible si \frac{\mathrm{D}\rho}{\mathrm{D}t} = 0 \iff \operatorname{div}\vec{v} = 0, ce qui n'implique pas qu'il soit homogène (\vec{\nabla}\rho = \vec{0}) ; il n'a une masse volumique constante partout et à tout instant que s'il réunit ces deux propriétés.
Questions sources :Mines-Ponts Physique 2 PSI 2023, Q16X-ENS Physique B PC 2020, Q30
- L'hypothèse d'incompressibilité est légitime pour un écoulement de gaz tant que le nombre de Mach reste faible dans tout l'écoulement (\mathrm{Ma} = v/c < 0{,}3).
Question source :E3A Physique-Chimie PC 2022, Q12
- La dérivée particulaire s'écrit \frac{\mathrm{D}}{\mathrm{D}t} = \frac{\partial}{\partial t} + (\vec{v}\cdot\vec{\nabla}) ; elle exprime la variation temporelle d'une grandeur mesurée en suivant une particule fluide dans son mouvement.
Question source :E3A Physique-Chimie PC 2022, Q12
- Les lignes de courant représentent le champ de vitesse à un instant donné (point de vue eulérien), tandis que les trajectoires suivent les particules fluides au cours du temps (point de vue lagrangien) ; ces deux ensembles de courbes coïncident strictement en régime stationnaire.
Questions sources :E3A Physique-Chimie PC 2022, Q13CCINP Physique PC 2020, Q1
- Un écoulement irrotationnel (\vec{\operatorname{rot}}\vec{v} = \vec{0}) dérive d'un potentiel des vitesses scalaire via \vec{v} = \vec{\nabla}\phi ; s'il est de surcroît incompressible (\operatorname{div}\vec{v} = 0), le potentiel vérifie l'équation de Laplace \Delta\phi = 0 (écoulement potentiel ou laplacien).
Questions sources :CentraleSupélec Physique 1 PC 2024, Q28Mines-Ponts Physique 2 PC 2024, Q16CentraleSupélec Physique 1 PC 2023, Q27Mines-Ponts Physique 2 PC 2023, Q17Mines-Ponts Physique 2 PSI 2023, Q17
- Pour tout écoulement irrotationnel, les lignes de courant sont orthogonales aux surfaces équipotentielles en tout point où la vitesse ne s'annule pas, car \vec{v} = \vec{\nabla}\phi est dirigé selon le gradient du potentiel.
Question source :CentraleSupélec Physique 1 PC 2023, Q28
- Pour un écoulement bidimensionnel incompressible dans le plan (xOz), le champ de vitesse dérive d'une fonction courant scalaire \Psi(x,z) selon \vec{v} = \frac{\partial \Psi}{\partial z}\vec{e}_x - \frac{\partial \Psi}{\partial x}\vec{e}_z, et les lignes de courant correspondent aux courbes iso-\Psi.
Question source :CentraleSupélec Physique-Chimie 1 PSI 2022, Q31
- Sur une paroi fixe imperméable, la condition aux limites pour un fluide parfait est la non-pénétration \vec{v}\cdot\vec{n} = 0 (condition de Neumann \frac{\partial\phi}{\partial n} = 0), alors qu'un fluide réel visqueux satisfait l'adhérence totale \vec{v} = \vec{0}.
Questions sources :CentraleSupélec Physique 1 PC 2024, Q31Polytechnique Physique A PC 2022, Q18
- Pour une surface matérielle délimitant un milieu fluide d'équation F(\vec{r},t) = 0, la condition cinématique d'imperméabilité s'écrit par la nullité de la dérivée particulaire : \frac{\mathrm{D}F}{\mathrm{D}t} = \frac{\partial F}{\partial t} + \vec{v} \cdot \vec{\nabla}F = 0.
Questions sources :Mines-Ponts Physique 2 PC 2023, Q19Mines-Ponts Physique 2 PSI 2023, Q19
- À la surface libre d'un liquide d'équation z = z_s(x,t), la condition cinématique \frac{\mathrm{D}}{\mathrm{D}t}(z - z_s) = 0 se linéarise pour des ondes de faible amplitude sous la forme v_z(x,0,t) \simeq \frac{\partial z_s}{\partial t}.
Question source :Polytechnique Physique A PC 2022, Q17
- Le vecteur tourbillon \vec{\Omega} = \vec{\operatorname{rot}}\vec{v} est lié à la vitesse angulaire locale de rotation des éléments fluides par \vec{\omega}_{\text{rot}} = \frac{1}{2}\vec{\operatorname{rot}}\vec{v}.
Questions sources :E3A Physique-Chimie PC 2022, Q11ENS Physique-Chimie L PC 2022, Q29CentraleSupélec Physique 1 PC 2021, Q14
- Dans un profil d'écoulement laminaire de Poiseuille, la vitesse moyenne débitante vaut la moitié de la vitesse maximale sur l'axe en géométrie cylindrique (v_{\mathrm{moy}} = \frac{1}{2}v_{\max}), et les deux tiers en écoulement plan entre plaques parallèles (v_{\mathrm{moy}} = \frac{2}{3}v_{\max}).
Question source :ENS Physique BCPST 2023, Q53
- Pour tout écoulement unidirectionnel invariant selon la direction du mouvement (de la forme \vec{v} = v(y,z,t)\vec{e}_x), le terme convectif non linéaire (\vec{v}\cdot\vec{\nabla})\vec{v} s'annule rigoureusement, rendant les équations du mouvement linéaires sans approximation de bas Reynolds.
Questions sources :CCINP Physique PC 2021, Q34CentraleSupélec Physique 1 PC 2021, Q20
- En application du principe de Curie, le champ de vitesse adopte les symétries et invariances de la géométrie et des conditions aux limites imposées, ce qui permet de simplifier les dépendances scalaires dès l'amorce du problème.
Question source :CentraleSupélec Physique-Chimie 2 TSI 2022, Q48
- Le cylindre de fuite élémentaire de base \mathrm{d}\vec{S} et de génératrice \vec{v}\,\mathrm{d}t permet d'établir les courants convectifs associés à toute grandeur extensive, notamment la densité de courant particulaire \vec{j} = n\vec{v} et la densité de flux de masse \vec{j}_m = \rho\vec{v}.
Questions sources :CCINP Physique-Chimie PSI 2022, Q15ENS Physique BCPST 2020, Q37
- Le nombre de Strouhal S_t = \frac{f L}{v_0} compare le temps de transit d'une particule fluide L/v_0 au temps caractéristique d'instationnarité 1/f ; un très faible nombre de Strouhal autorise l'approximation quasi-stationnaire.
Question source :CentraleSupélec Physique 1 PC 2021, Q39
Les questions sont classées par chapitre à partir des corrigés détaillés de WikiPrépa ; une question peut relever de deux chapitres. La difficulté, de 1 (application directe) à 4 (difficile), est une estimation. Comment les corrigés sont rédigés et relus