Figure 1. (a) Les atomes d’un solide ont toujours les mêmes voisins, maintenus près d’eux par des forces représentées ici par des ressorts. Ces atomes sont essentiellement en contact les uns avec les autres. Une roche est un exemple de solide. Cette roche conserve sa forme grâce aux forces qui maintiennent ses atomes ensemble. (b) Les atomes d’un liquide sont également en contact étroit mais peuvent glisser les uns sur les autres. Les forces entre eux résistent fortement aux tentatives de les rapprocher et les maintiennent également en contact étroit. L’eau est un exemple de liquide. L’eau peut couler, mais elle reste aussi dans un récipient ouvert à cause des forces entre ses atomes. (c) Les atomes d’un gaz sont séparés par des distances considérablement plus grandes que la taille des atomes eux-mêmes, et ils se déplacent librement. Un gaz doit être maintenu dans un récipient fermé pour l’empêcher de sortir librement.

Les atomes dans les solides sont en contact étroit, avec des forces entre eux qui permettent aux atomes de vibrer mais pas de changer de position avec les atomes voisins. (Ces forces peuvent être considérées comme des ressorts qui peuvent être étirés ou comprimés, mais qui ne sont pas facilement cassés). Un solide résiste donc à tous les types de contraintes. Un solide ne peut pas être facilement déformé car les atomes qui le composent ne peuvent pas se déplacer librement. Les solides résistent également à la compression, car leurs atomes font partie d’une structure en treillis dans laquelle les atomes sont à une distance relativement fixe les uns des autres. En cas de compression, les atomes seraient forcés de s’entrechoquer. La plupart des exemples que nous avons étudiés jusqu’à présent concernent des objets solides qui se déforment très peu lorsqu’ils sont sollicités.

A l’inverse, les liquides se déforment facilement lorsqu’ils sont sollicités et ne reprennent pas leur forme initiale une fois la force supprimée, car les atomes sont libres de glisser et de changer de voisins – c’est-à-dire qu’ils coulent (ils sont donc un type de fluide), les molécules étant maintenues ensemble par leur attraction mutuelle. Lorsqu’un liquide est placé dans un récipient sans couvercle, il y reste (à condition que le récipient ne comporte pas de trous sous la surface du liquide !) Comme les atomes sont très serrés, les liquides, comme les solides, résistent à la compression.

Les atomes des gaz sont séparés par des distances importantes par rapport à la taille des atomes. Les forces entre les atomes de gaz sont donc très faibles, sauf lorsque les atomes entrent en collision les uns avec les autres. Ainsi, non seulement les gaz circulent (et sont donc considérés comme des fluides) mais ils sont relativement faciles à comprimer car il y a beaucoup d’espace et peu de force entre les atomes. Lorsqu’ils sont placés dans un récipient ouvert, les gaz, contrairement aux liquides, s’échappent. La principale distinction est que les gaz sont facilement compressibles, alors que les liquides ne le sont pas. Nous ferons généralement référence aux gaz et aux liquides simplement en tant que fluides, et nous ne ferons une distinction entre eux que lorsqu’ils se comportent différemment.

Explorations du PhET : États de la matière – Principes de base

Chauffer, refroidir et comprimer des atomes et des molécules et observer leur changement entre les phases solide, liquide et gazeuse.

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Résumé de la section

• Un fluide est un état de la matière qui cède aux forces latérales ou de cisaillement. Les liquides et les gaz sont tous deux des fluides. La statique des fluides est la physique des fluides stationnaires.

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