énonce du principe d'archimede

: POUSSE D'ARCHIMEDE INTRODUCTION
Si tu t'accroches à une branche d'arbre et que tu la lâches, tu
tombes : ton poids t'attire vers le bas. Mais si tu tombes dans une
piscine, tu remontes à la surface. C'est ce qu'Archimède a compris en remarquant que son bras flottait
quand il prenait un bain. Le nom d'Archimède vous dit sûrement quelque chose mais savez-vous vraiment
ce que cet homme a découvert ? Vous avez aussi entendu parler de la poussée
d'Archimède mais savez-vous de quoi il s'agit ? -287 à -212
Origine : Grèce
Profession : Mathématicien
Pourquoi les bateaux Flottent-ils alors QU'UN morceau de fer coule ?
1. Découverte de la notion de corps flottants. Sur l'eau, les bateaux sont plus ou moins enfoncés.
Bien entendu, nous savons que cela dépend de son chargement
Plus les bateaux sont chargés, plus ils s'enfoncent.
Il est d'ailleurs évident qu'une charge maximale ne peut être dépassée.
a) Expérience simple qui permet de modéliser cette situation :
Matériel : 3 bouteilles identiques de ½ litre (plastique)
Des masses marquées (200g, 400g, 600g)
Mode opératoire : Lester la 1ère bouteille avec la masse de 200g
Lester la seconde avec la masse de 400g et la
troisième avec la masse de 600g. Placer les sur
l'eau.
Schéma de l'expérience :
Constatations :
- les 2 premières flottent, l'autre coule.
- Le niveau d'eau monte : un objet dans un liquide déplace un volume
de liquide
Hypothèse:
Pourquoi les deux premières bouteilles flottent-elles et pas la 3ème
?
Pourquoi les bateaux ne coulent-ils pas ?
L'eau exerce une force qui les soutient.
. Qui agit ?
L'eau
La terre (attraction)
. Qui subit ?
Le bateau.
Schématisons le poids du bateau en adéquation avec les thèmes 3 et 7 du
cours de sciences au 1er degré
Situation à Anvers (g = 10N/Kg)
m = 10T Echelle 1cm = 20 000N
[pic] 2. Caractéristiques et mesure de la Force d'Archimède dans les liquides 2.1 Caractéristiques et valeur
La force exercée par l'eau sur le bateau s'appelle force d'Archimède .
Droite d'action : verticale
Sens: vers le haut (s'oppose à la force pesanteur)
Pour déterminer la valeur de la poussée d'Archimède :
. On la mesure indirectement à l'aide d'un dynamomètre.
Valeur: exprimée en newton (N).
Matériel :
- un dynamomètre
- un bécher contenant de l'eau
- un objet
Mesure
1. Poids dans l'air = 1N.
2. Poids dans l'eau = 0,85N. Constatation
Le poids du corps dans l'air est plus élevé que lorsqu'il est plongé dans
l'eau.
Perte apparente de poids = 0,15N
Réfléchissons :
L'eau exerce-t-elle également une force sur la bouteille qui a coulé ?
Comment le vérifier ?
2.2. De quoi la force d'Archimède dépend-elle ?
Quels sont les facteurs qui influencent la poussée ?
Hypothèses :
..............................................................................
..................................................................
a) la profondeur
Schéma de l'expérience :
Constatations :
Variable contrôlée= profondeur
Variable dépendante = poussée
Poids du corps dans l'air= 1N
Poids du corps dans l'eau
à la profondeur 1 = 0,85 N . perte apparente de poids =
0,15N.
à la profondeur 2 = 0,85 N perte apparente de
poids = 0,15 N
à la profondeur 3 = 0,85 N perte apparente de
poids = 0,15 N
Y a-t-il une relation entre les variables ? non
Conclusion :
La profondeur n'a pas d'influence sur l'intensité de la poussée exercée par
l'eau sur le corps b) Le poids du corps
3 corps de même volume mais de poids différents
Variable contrôlée= poids du corps
Variable dépendante = poussée
| |Corps 1 |Corps 2 |Corps 3 |
|Poids dans l'air |3 N |0,75 N |1,50 N |
|Poids dans l'eau |2,75 N |0,50 N |1,25 N |
|Perte apparente de |0,25 N |0,25 N |0,25 N |
|poids | | | |
Y a-t-il une relation entre les variables ? non
Conclusion :
Le poids du corps n'a pas d'influence sur l'intensité de la poussée
exercée par l'eau sur le corps
c) volume du corps
3 corps de volumes différents mais de même poids
Variable contrôlée= volume du corps.
Variable dépendante = poussée | |Corps 1 (V1) |Corps 2 (V2) |Corps 3 (V3) |
|Poids dans l'air | | | |
|Poids dans l'eau | | | |
|Perte apparente de | | | |
|poids | | | | Y a-t-il une relation entre les variables ? Oui
Conclusion :
Le volume du corps a une influence sur l'intensité de la poussée exercée
par l'eau sur le corps
d) La nature du liquide .
Variable contrôlée= nature du liquide.
Variable dépendante = poussée. Poids du corps dans l'air= ...........................
Poids du corps dans l'eau = ......................................
Poids du corps dans l'eau salée = ......................................
Poids du corps dans l'alcool = ......................................
Y a-t-il une relation entre les variables ? oui
Conclusion :
La nature du liquide a une influence sur l'intensité de la poussée
exercée par l'eau sur le corps
D'autres facteurs ?
A réfléchir...................... et à tester
La forme du corps immergé
La quantité du liquide
SYNTHESE PARTIELLE :
Un objet immergé (entièrement ou en partie) dans un liquide, subit de la
part de celui-ci une poussée appelée force d'Archimède
Cette force agit verticalement de bas en haut.
La valeur de cette force dépend :
- du volume du corps
- de la nature du liquide.
2.3. Où cette force agit-elle ?
Expérience :
- Poser un disque contre l'extrémité d'un tuyau en plastique souple
- Lâcher le disque.
Que se passe-t-il ? Il tombe par terre
- Maintenir le disque contre le tuyau et introduire l'extrémité
bouchée dans l'eau.
- Lâcher le disque;
Que se passe-t-il ?
Il reste collé au tuyau : l'eau le pousse
Conclusion :
L'eau exerce une force pressante sur le fond du récipient (surface
pressée)
L'eau exerce-t-elle une force pressante sur les parois verticales ?
[pic]
L'eau pousse également sur les côtés. Cette force est horizontale.
Alors pourquoi l'objet ne se déplace-t-il pas latéralement ?
Les forces latérales (1) et (2) sont identiques et s'équilibrent
Synthèse
2.4. Recherche de l'intensité de la poussée
Expérience :
a) Suspendre à un dynamomètre 2 corps (1 plein et un creux) .Notons
le poids indiqué au dynamomètre
b) Plongeons le corps plein dans le liquide et récupérons le liquide
qui a débordé. Notons le poids indiqué au dynamomètre
c) Remplissons le corps creux à l'aide du liquide récupéré et notons
le poids indiqué au dynamomètre
Dynamomètre Corps creux
Corps plein
Récipient d'eau
Poids = poids = poids
=
Conclusion :
La valeur de la force d'Archimède est égale à la valeur du poids du
liquide déplacé par l'objet. ÉNONCE DU PRINCIPE D'ARCHIMEDE Tout corps plongé (entièrement ou en partie) dans un liquide reçoit de
la part de celui-ci une poussée verticale dirigée de bas en haut égale
au poids du volume du liquide déplacé.
2.5. Schématisations de la force d'Archimède
Respecte les notations suivantes :
. B l'objet
. E l'eau
. G le poids du corps
. F la force d'Archimède
a) Corps flottant à la surface du liquide
b) Corps en équilibre dans le liquide
c) Corps qui coule dans le liquide. 3 Applications
Comment un sous-marin peut-il plonger, puis remonter ?
C'est possible grâce aux ballasts. Ce sont deux gros réservoirs qui
entourent les flancs du sous-marin. Lorsqu'ils sont remplis d'air, le sous-marin remonte à la surface.
Lorsqu'ils sont pleins d'eau, le sous-marin descend , plonge
Mais comment les ballasts peuvent-ils se remplir et se vider ? Construisons un modèle de ballast
. l'eau peut-elle pénétrer dans le ballast par les trous
inférieurs ? non
. Pourquoi ? L'air occupe de la place dans la bouteille et ne laisse
pas rentrer l'eau
. Que fait le ballast ?il se remplit d'eau
. Pourquoi ? le bouchon retiré, l'air peut s'échapper et laisser la
place à l'eau
. Que fait le ballast ? Il se remplit d'air
. Pourquoi ? En soufflant de l'air dans la bouteille
celui-ci chasse l'eau
: PRESSION HYDROSTATIQUE
1. Rappel
|[pic] | |
| | |
| |D'après toi, Eglantine subit-elle |
| |une force ? |
| |Si oui, laquelle ? |
| |Forces pressantes de l'eau . |
| | |
| |Quelles sont les sur