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Utilisateur:Fraf/Poussée d'Archimède
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La poussée d'Archimède est une force, qui s'exerce sur n'importe quel objet dans un fluide 
. Cette force s'exerce vers le haut : elle est donc opposée au poids, et permet aux objets de flotter.
Une petite expérience pour comprendre[modifier | modifier le wikicode]
(Clique sur une image pour l'agrandir)
Une boîte de pellicule photo a une masse de quelques grammes, et un volume de 5 centilitres. Quand on place la boîte dans un verre doseur contenant de l'eau, un volume équivalent d'eau est déplacé : le niveau de l'eau s'élève de 5 centilitres. A présent, si l'on enlève la main, deux forces s'exercent sur la boîte : son poids, qui est dirigé vers le bas, et la poussée d'Archimède, dirigée vers le haut, et qui est égale au volume d'eau déplacé, soit 5 centilitres. 5 centilitres d'eau pèsent 50 grammes, la poussée d'Archimède est donc égale à 0.050 x 9.81 = 0.4905 newtons. C'est beaucoup plus que le poids de la boîte, et donc, la boite remonte : elle flotte.
Explication[modifier | modifier le wikicode]
Quand un objet est placé dans un fluide, une certaine quantité de ce fluide est déplacé. Ce volume de fluide déplacé est égal au volume de l'objet : plus l'objet est gros, plus il déplace de fluide. L'objet est soumis à son poids, qui dépend de sa masse : plus il est lourd, plus il va être entraîné vers le bas. La poussée d'Archimède, elle, dépend du poids du volume de fluide déplacé : plus elle est grande, plus l'objet va monter. Si la poussée d'Archimède est plus forte que le poids, il flotte.
Pour que la poussée d'Archimède soit plus grande que le poids, il faut que le volume de fluide déplacé soit très grand, c'est à dire que l'objet est un grand volume par rapport à sa masse : c'est ce que l'on appelle la masse volumique
Découverte[modifier | modifier le wikicode]
Selon la légende, la loi aurait été découverte par le savant grec Archimède, alors qu'il prenait son bain : il aurait remarqué que ses jambes flottaient dans l'eau. Il en serait sorti en criant : « Eurêka ! » (ce qui signifie « j'ai trouvé ! » en grec ancien, langue de son époque). Il a utilisé sa théorie auprès du roi Hiéron II, pour vérifier qu'une couronne que celui-ci avait fait faire avait été coulée avec un mélange d'or et d'un autre métal au lieu d'être en or pur (qui est un métal très lourd).
Quelques exemples[modifier | modifier le wikicode]
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- Les nuages ont l'air d'être légers, mais en réalité, ils pèsent quelques milliers à quelques millions de tonnes. Comme ils sont énormes, ils déplacent une très grande masse d'air. La poussée d'Archimède exercée par cette masse d'air est également très grande, en fait, plus grande que leur poids : le nuage flotte.
Origine[modifier | modifier le wikicode]
La poussée d'Archimède est en fait une résultante de forces, c'est-à-dire la somme de plusieurs petites forces qui appuient sur un objet.
Ces forces sont causées par la pression du fluide sur chaque petite partie de la surface de l'objet.
Une pression n'a pas de direction, mais quand un fluide en pression est en contact avec un objet, cela fait une force perpendiculaire à la surface de contact, et qui est égale au produit (la multiplication) de la pression par la surface.
Un objet dans l'eau, s'il a des surfaces verticales, reçoit donc des forces horizontales sur ces surfaces, et si il a une surface horizontale en bas, il reçoit une force verticale vers le haut sur cette surface. Les surfaces obliques reçoivent aussi des forces perpendiculaires par le fluide.
Par ailleurs, la pression donc la force sur chaque partie de la surface de l'objet, augmente avec la profondeur. Par exemple dans l'eau et sur Terre (pas sur la Lune), la pression augmente de 9 810 pascals par mètre de profondeur (9,8 pascals par millimètre de profondeur). On peut retenir que la pression augmente d'une atmosphère tous les 10 mètres. Un plongeur à 50 mètres de profondeur subit une pression de 5 atmosphères causée par l'eau + une atmosphère, due à l'air au-dessus de l'eau, soit 6 atmosphères en tout. C'est énorme. Il survit car la pression à l'intérieur de son corps est la même : les deux s'équilibrent.
On pourrait calculer la somme de ces forces, (pas comme une somme de nombres mais une somme de vecteurs pour tenir compte de leur direction qui fait qu'elles peuvent s'annuler partiellement quand elles n'ont pas la même direction) mais quand un objet n'est pas un simple cube vertical, ce calcul serait très long. On a donc trouvé et démontré que le résultat est égal au poids du volume du fluide déplacé par l'objet, c'est-à-dire dont l'objet prend la place.
Formulation[modifier | modifier le wikicode]
Théorème :
- Tout corps plongé dans un fluide reçoit de la part de ce fluide une poussée verticale dirigée du bas vers le haut, égale au poids du volume de fluide déplacé.
Formule :
| PArchimède = Vdéplacé × Mfluide × g |
avec :
- Vdéplacé, le volume déplacé en m3
- Mfluide, la masse volumique du fluide en kg par m3
- PArchimède, le poids du fluide, en newton (N)
- g, l'accélération de la pesanteur ou gravité, en newton par kg (sur Terre g = 9,81 environ)
Application[modifier | modifier le wikicode]
C'est cette force qui « porte » les bateaux et fait qu'ils ne coulent pas, même s'ils sont en fer. Pour qu'un bateau flotte, il faut que le poids du volume d'eau déplacé soit plus grand que le poids du bateau. L'eau pèse une tonne par mètre cube, le fer pèse 8 tonnes par mètre cube. Mais comme il y a beaucoup d'espace vide à l'intérieur d'un bateau, il pèse en moyenne moins qu'une tonne par mètre cube, donc la poussée d'Archimède suffit à le faire flotter.
Ensuite il se crée un équilibre : s'il y a un peu plus de poids sur un bateau, il s'enfonce un peu, ce qui fait qu'il aura un volume plus grand sous l'eau, donc une poussée d'Archimède plus forte, jusqu'à ce qu'elle soit égale au poids du bateau.
Il est facile de sentir cette force : dans une baignoire, en prenant une bouteille en plastique vide avec son bouchon qu'on met sous l'eau. Plus la bouteille est grande, plus il faut de force pour la maintenir sous l'eau.
La poussée d'Archimède ne s'applique pas que dans l'eau, l'air aussi exerce cette force, mais comme il est beaucoup plus léger que l'eau, il faut des volumes beaucoup plus grands pour avoir la même force. C'est comme cela que les montgolfières peuvent monter, en flottant dans l'air.
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wp:Poussée d'Archimède simple:Buoyancy nl:Wet van Archimedes