Question 1
Durée : 10 mn
Note maximale : 15
Question
On suppose que la surélévation \(h\) du niveau d'un lac due au vent de :
\(\overline{p}\), profondeur moyenne de ce lac.
\(l\), longueur du lac.
\(\omega\), poids volumique de l'eau (force par unité de volume).
\(\tau\), force tangentielle due au vent (force par unité de surface).
En écrivant \(h\) sous forme d'un développement de puissances quelconques, de \(\overline{p}\), \(l\), \(\omega\) et \(\tau\) déterminer la fonction \(f\) représentative de: \(h = f(\overline{p}, l, \omega, \tau)\)
Solution
Par hypothèse, nous posons : \(h = K ~{\overline{p}}^{\alpha}~ l^{\beta}~\omega^{\gamma} ~\tau^{\delta}\)
or
\(\textrm{dim }h = \textrm{dim }\overline{p}= \textrm{dim }(\textrm{ longueur }) = L\) ( 2 points )
\(\textrm{dim }\omega = \textrm{dim }(\textrm{ force }) / \textrm{dim }(\textrm{ volume }) = LMT^{-2} / L^{3} = L^{-2}MT^{-2}\) ( 2 points )
\(\textrm{dim }\tau = \textrm{dim }(\textrm{ force }) / \textrm{dim }(\textrm{ surface }) = LMT^{-2}/L^{2} = L^{-1}MT^{-2}\) ( 2 points )
L'équation aux dimensions conduit à identifier chaque membre de la relation à une longueur :
\((\textrm{dim }\textrm{(longueur)} = L)\).
\(\begin{array}{rl} \textrm{dim }h & = \textrm{dim }\big(\overline{p}\big)^{\alpha} \times \textrm{dim }\big(l \big)^{\beta} \times \textrm{dim }\big(\omega \big)^{\gamma} \times \textrm{dim }\big(\tau \big)^{\delta} \\ L & = \big(L \big)^{\alpha} \big(L \big)^{\beta} \big(L^{-2}MT^{-2} \big)^{\gamma} \big(L^{-1} MT^{-2}\big)^{\delta} \\ L & = L^{\alpha + \beta - 2 \gamma - \delta} M^{\gamma + \delta} T^{-2\gamma - 2 \delta} \end{array}\) ( 4 points )
Par identification:
\(\left.\begin{array}{ll} \textrm{Pour } L : & 1 = \alpha + \beta - 2 \gamma - \delta \\ \\ \textrm{Pour } M : & 0 = \gamma + \delta \\ \\ \textrm{Pour }T : & 0= -2 \gamma - 2 \delta \end{array}\right \} \begin{array}{ll} \textrm{En r\'esolvant par rapport \`a } \beta \textrm{ et } \gamma : \\ \\ \delta = - \gamma \\ \\ \alpha = 1 - \beta + \gamma \end{array}\)
d'où
\(h = K {\overline{p}}^{+1-\beta+\gamma} l^{\beta} \omega^{\gamma} \tau^{-\gamma}\) ( 5 points )