La flotabilité, TPE

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seul accident d’un porte-conteneur qui se soit brisé en deux (MSC Carla).

II – La masse volumique

Suite a nos expériences en rapport avec la masse ( où nous avons essayé de faire flotter des objets de masses différentes ) et le volume ( où nous avons essayé de faire flotter des objets de volume différents ) d’un objet nous avons pensé que si aucun des deux ne marchait pas individuellement, qu’il pouvait exister un rapport entre les deux. Nous avons donc prix deux bouteilles de volumes différents (50 cL et 1,5 L) et nous avons ajouté la même masse de sable dans chaque bouteille (50 cL de sable). Nous avons observé que la bouteille ayant le volume le plus élevé flottait nettement au dessus de la bouteille de 50 cL qui avait coulé au fond. Nous en avons donc déduit que si la masse volumique d’un objet est inférieure a celle de l’eau, alors cet objet flottera et plus la masse volumique d’un objet est élevée, moins cet objet aura de chances de flotter. La masse volumique est le rapport de la masse d’un objet sur son volume, elle est donc très importante dans la flottabilité d’un corps.

III - Poussée d’Archimède

Tout d’abord la poussée d’Archimède a été découverte par le scientifique qui lui a donné son nom. Archimède de Syracuse né en 287 avant J.C et mort en 212 avant J.C. Il est considéré comme un des plus grands scientifiques de l’Antiquité classique, parmi ses grandes découvertes en physique on peut citer :

- l’hydrostatique

- la mécanique statique

Il a donc aussi découvert la poussée d’Archimède. La légende raconte que le roi de Syracuse aurait demandé Archimède de vérifier si la couronne qu’il venait de se faire faire était uniquement en or ou si l’artisan y avait rajouté de l’argent, tout cela sans abîmer la couronne. Il trouvé le moyen de trouver si la couronne était intégralement en or en comparant le volume d’eau déplacé par la couronne et celui déplacé par le même volume d’or. Archimède a donc constaté que pour un même volume, les objets avaient une masse volumique différente ( aussi appelée aussi poids apparent ).

Énoncé du principe de la poussée d’Archimède :

Tout corps plongé dans un fluide reçoit de la part de ce fluide une force (poussée) verticale, vers le haut dont l’intensité est égale au poids du volume de fluide déplacé (ce volume est donc égal au volume immergé du corps).

Il existe deux formules permettant de calculer la force de la poussée d’Archimède :

- La première est : FA = ρfluide.Vi.g

Avec FA la poussée ou force d’Archimède en Newton, ρfluide la masse volumique du fluide en kg/m3, Vi le volume immergé du corps en m3 et g la gravité en N/kg.

- Et l’autre : FA = G – Gapp

Avec FA la poussée ou force d’Archimède en Newton, G le poids du corps en Newton et Gapp le poids apparent du corps en Newton.

Nous avons donc mis en application cette seconde formule en trouvant d’abord le poids réel d’une masse de 200 g avec un dynamomètre puis nous avons ensuite trouvé son poids apparent en l’immergeant dans l’eau toujours avec l’aide du dynamomètre. Nous avons ensuite fait la soustraction et nous avons donc calculés la poussée d’Archimède exercée sur une masse de 200g.

Si nous devions donc exprimer la poussée d’Archimède par un schéma il serait comme ceci :

Avec FA la poussée d’Archimède et FP la gravité.

Cas A

Cas B

Cas C

La gravité est plus élevée que la poussée d’Archimède, le corps coule donc.

Les deux forces ont la même intensité, l’objet est entre deux eaux.

La poussée d’Archimède est plus élevée que la gravité, l’objet flotte.

IV – La flottabilité et les êtres vivants

1) Chez l’homme

Le corps de l’homme est légèrement plus lourd que l’eau. Sa flottabilité dépend donc de la répartition :

- des os (densité: 1,8)

- des muscles (densité: 1,05)

- de la graisse (densité: 0,95)

Nous avons déjà tous remarqué que dans l’eau, lorsque l’on inspire fortement on flotte et que nous coulons lorsque l’on vide totalement nos poumons. En effet en inspirant fortement nous augmentons le volume de nos poumons et par cependant de notre corps sans pour autant augmenter notre masse. Notre masse volumique diminue et notre densité avec ce qui nous permet de nous rapprocher de la densité de l’eau ou de passer en dessous.

2) Chez le Gerris

Le Gerris est un insecte qui possède l’étrange faculté de se déplacer sur l’eau. Nous avons observé des Gerris et nous avons bien sur remarqué que cet insecte est très léger. Ensuite grâce a diverses recherches nous avons appris que les pâtes des Gerris étaient enduites d’une substance hydrophobe. Un composé hydrophobe est un composé qui n’a pas la capacité de créer des liaisons hydrogènes avec les molécules d’eau ce qui explique le fait que les Gerris puissent flotter constamment sur l’eau et même se déplacer dessus.

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