La flottabilité N4 - Explo Challans Plongée

La flottabilité N4
Objectif : A la suite de cette séance vous êtes capable d'expliquer la
notion de flottabilité en eau douce comme en eau salée, en vous aidant
d'exemples chiffrés tirés de votre vécu de plongeur
. Quantité de matière + Attraction terrestre
Plan : Révisions N2
1) Observation, vécu 2) Le principe d'Archimède
3) Flottabilité
4) Le poids apparent
5) Exercices
Cours N4
1) La densité.
2) Démonstration
3) Formules.
4) Exercices
5) Applications à la plongée.
6) Bibliographie 1) Observation, Vécu Pourquoi certains objets coulent et d'autres flottent ?
Pourquoi met-on une ceinture de plomb en plongée ?
Pourquoi est-on plus lourd au fond ?
Toutes ces questions démontrent qu'il y a une relation entre le poids et le
volume d'un corps pour son équilibre dans l'eau Conséquences :
La flottabilité diminue si la profondeur augmente (diminution du volume de
la combinaison)
La flottabilité augmente en cours de la plongée, par consommation de l'air
contenu dans la bouteille (le poids réel diminue) 2)La poussée d'Archimède :
Tout corps plongé dans l'eau reçoit, de la part de celle-ci une poussée
verticale, dirigée de bas en haut, égale au poids du volume d'eau déplacé,
et s'exerçant au centre de gravité du fluide déplacé. 3)Flottabilité :
Dans l'eau, certains corps flottent, d'autres coulent ou reste entre deux
eaux.
Les corps ont donc une flottabilité différente selon leur nature. Lorsqu'un corps remonte, il a une flottabilité positive
Lorsqu'un corps coule, il a une flottabilité négative.
Lorsqu'un corps flotte entre deux eaux, il a une flottabilité nulle. 4 Le poids apparent : Tout dépend de deux facteurs :
Le poids et le volume
De son volume, dépendra la poussée d'Archimède
De son poids réel, dépendra son poids apparent. Poids apparent et poids réel
Vous avez déjà remarqué qu'une bouteille de plongée est lourde quand on l'a
sur le dos, et devient beaucoup plus légère lorsque l'on s'immerge.
La bouteille paraît avoir un autre poids que l'on va appeler le poids
apparent par opposition au poids réel.
Le poids apparent est plus faible que le poids réel, la différence entre
les deux est la poussée d'Archimède. Application à la plongée : Le poids apparent. On définit le poids apparent comme la différence : Poids apparent = poids réel - poussée d'Archimède Un objet de poids apparent
- positif : coule
- négatif : remonte (et flottera)
- nul : se maintien entre deux eaux
Définitions : Poids réel : c'est le poids de l'objet en kg Poussée d'Archimède : poussée d'Archimède en volume litre, 1 litre = 1dm3 Poids apparent : poids réel - poussée d'Archimède 5) Exercices :
|poids |Volume |Poussée |Poids |Etat du corps|flottabil|Lestage|
| | |d'Archimède |apparent | |ité | |
|500g |1 litre |^ de 1 dm3 |-0,5 kg |Il flotte |positive | |
|70 kg |75 |^ de 75 dm3 |-5 kg |Il flotte |Positive | |
| |litres | | | | | |
|80 kg |70 |^ de 70 dm3 |10 kg |Il coule |Négative | |
| |litres | | | | | |
|60 kg |60 |^ de 60 dm3 |0 |Entre deux |Nulle | |
| |litres | | |eaux | | |
|95 kg |102 | | | | | |
| |litres | | | | | |
| | | | | | | |
| | | | | | | |
Exercice : Un plongeur plus son équipement= 95kg
Son volume est de 102 litres
De combien de lestage aura t-il besoin pour avoir une flottabilité nulle ?
La densité dans la flottabilité N4. La densité : La densité est le poids par litre. Un litre de plume est plus léger q'un litre de plomb.
Le plomb est plus dense que la plume.
Un litre d'eau de mer est plus lourd qu'un litre d'eau douce. Etudions le comportement d'un plongeur équipé en eau douce et en eau de
mer. Ce plongeur d'un poids égal à 95 kg tout équipé, il est équilibré en eau de
mer avec 5 kg de lest et les volumes suivant :
Plongeur et lest 80l, bloc 12l, combinaison 6l, gilet 4l, Total 102 litres.
En eau de mer en équilibre En eau douce en
équilibre
102 L x 1,03 densité= 105 102 L x 1
densité
[pic]
Pour ce plongeur la différence de lestage entre l'eau de mer et l'eau douce
sera de 4kg
Exercice : Reprendre les mêmes données que précédemment mais la plongée est dans de
l'eau de mer de densité 1,03.
|Poids |Densité de|Volume |Densité de |Poussée d'Archimède |Poids apparent |
|masse | | |L'eau |Volume x densité de | |
| |L'objet | | |l'eau | |
|97 kg | |102 litres|1kg/l |(102 x 1) = 102 |97 -102= -5 |
|97 kg | |102 litres|1,03kg/l |(102 x 1,03) = 105,06 |97 -105,06= |
| | | | | |-8,06 | Conclusion : Par rapport à la plongée en eau douce le poids apparent est de : 10,06kg,
soit une différence de 3 kg par rapport à la plongée en eau douce
1)Formules : Densité : masse en kg
Volume en dm3 Masse (poids réel) = volume x densité Poussée d'Archimède : volume de l'objet x densité de l'eau Le poids apparent : (volume de l'objet x densité) - (volume de l'objet x
densité de l'eau) Le poids apparent : volume de l'objet x (densité de l'objet- densité de
l'eau) 4)EXERCICES :
Exercice1 :
j'ai 2,5 kg de plume, quel sera son volume et son poids apparent dans de
l'eau douce (densité = 1), sachant qu'un dm3 de plume pèse 110g /dm3 ? Exercice 2 :
J'ai 2dm3 de plomb, quel sera son poids apparent dans de l'eau douce (
densité = 1), en sachant que la densité du plomb est de 11,3 kg/dm3 Même exercice mais dans de l'eau de mer (densité = 1,03).
Exercice 3 :
Quel est le poids apparent d'un kg de plomb dans une eau de densité égale à
1kg/dm3
Même question avec une eau de densité égale à 1,03 kg/dm3
Densité du plomb = 11,3 kg/dm3. | |Poids |Densité |Volume |Densité |Poussée |Poids apparent |lestage|
| |masse |objet | |De l'eau|d'Archimède | | |
|Ex :1|2,5 kg |0,110kg | | | | | |
|Ex :2| |11,3kg/d|2dm3 |1kg/dm3 | | | |
| | |m3 | | | | | |
|Ex :2| |11,3kg/d|2dm3 |1,03kg/d| | | |
|bis | |m3 | |m3 | | | |
|Ex :3| | | | | | | |
|Ex :4| | | | | | | |
|Ex :5| | | | | | | |
| | | | | | | | |
| | | | | | | | |
Exercice 4:
Un boîtier étanche de 5 dm3 a un poids apparent nul en lac(d=1)
Quel lestage devra t'on introduire à l'intérieur pour lui donner le même
poids apparent en mer (d= 1,03) ? Exercice 5:
Un photographe subaquatique dispose :
- un caisson de poids 1,5 kg et de volume de 3,5dm3
- un appareil photo de 0,6 kg
- des plombs d'un kg et de 0,5 kg.
Il plonge en mer morte dans une eau salée de densité 1,3. Il veut régler le
poids apparent de son appareil légèrement positif en mettant des plombs à
l'intérieur du caisson.
Combien devra t'il en mettre ? Exercice 6 :
Le volume d'un objet indéformable est égal à 6,4 dm3. sa masse réelle est
égale à 6500g.
Immergé dans de l'eau douce, quel est son poids apparent et que fait-il ?
Même question dans de l'eau de mer. 3)Applications à la plongée : Poumons - ballast : La flottabilité du plongeur dépend si ses poumons sont pleins ou pas. Si ce
plongeur vide complètement ses poumons il coule.
C'est une application du principe d'Archimède.
En vidant ses poumons, il diminue son volume total ; il diminue donc la
poussée d'Archimède,
Augmente son poids apparent et coule.
Lestage : Il doit être calculé de la manière suivante :
Les paliers se font la plupart du temps à 3m. Il faut qu'en fin de plongée,
la bouteille étant presque vide, sa flottabilité soit nulle à 3m.
Il faut donc partir légèrement trop lourd en début de plongée. Son
équilibrage à 3m sera ensuite peaufiné à l'aide de ses poumons. ( voir
application avec la bouteille).
Bouée de remontée (stab). Lorsqu'un plongeur gonfle sa bouée, il augmente son volume sans augmenter
son poids réel. La poussée d'Archimède augmente beaucoup et le plongeur
remonte. Mais l'utilisation principale de la bouée est de s'assurer une flottabilité
nulle à n'importe quelle profondeur. Parachute de relevage : Si l'on veut remonter un objet lourd du fond, il vaut mieux demander à
Archimède de nous aider plutôt que de nous risquer un essoufflement. On augmente donc le volume de l'objet sans augmenter son poids. La bouteille : Au cours de la plongée on vide le contenu de notre bouteille.
L'air à un poids : En surface et à zéro° un litre d'air pèse 1,293 g
200 bar - 50 bar = 150bar x 12 litres =1800 litres x 1,293g = 2327,4 g donc
2,3 kg de poids réel
C'est pour cela qu'il est préférable d'ajuster son lestage à -3m et en fin
de plongée. La co