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Les expériences que nous avons proposées ne permettent pas de mettre en évidence le rôle prépondérant de chacun de ces facteurs. Ceux-ci sont bien évidemment non exhaustifs. | Les expériences que nous avons proposées ne permettent pas de mettre en évidence le rôle prépondérant de chacun de ces facteurs. Ceux-ci sont bien évidemment non exhaustifs. | ||
- | '''Pour approfondir''' : Nous avons montré le rôle important de la masse volumique dans ce phénomène. La masse volumique a été mise en évidence par Archimède au IIIè siècle av.JC. Il a alors remarqué que son corps flottait en partie dans sa baignoire, et fait le lien entre le volume immergé de son corps et la poussée du liquide qui nous permet de flotter. | + | '''Pour approfondir''' : |
- | [http://fr.wikipedia.org/wiki/Pouss%C3%A9e_d%27Archim%C3%A8de La poussée d'Archimède] est une force qui agit verticalement vers le haut et dépend de la masse de liquide déplacé. | + | |
- | D'ailleurs, la poussée d'Archimède se manifeste aussi dans l'air, elle permet aux montgolfières de monter grâce à l'air chaud contenu dans le ballon. Dans l'exemple ci-dessous, le [http://fr.wikipedia.org/wiki/Poids poids] de l'objet est une force vers le bas qui s'applique au [http://fr.wikipedia.org/wiki/Centre_de_gravit%C3%A9 centre de gravité] de l'objet G, et la poussée d'Archimède est une force vers le haut qui s'applique au point P. Si la poussée d'Archimède est au moins égale au poids alors le bateau flotte sur l'eau ou la montgolfière flotte dans l'air. | + | Nous avons montré le rôle important de la masse volumique dans ce phénomène. La masse volumique a été mise en évidence par Archimède au IIIè siècle av.JC. Il a alors remarqué que son corps flottait en partie dans sa baignoire, et fait le lien entre le volume immergé de son corps et la poussée du liquide qui nous permet de flotter. |
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+ | [http://fr.wikipedia.org/wiki/Pouss%C3%A9e_d%27Archim%C3%A8de La poussée d'Archimède] est une force qui agit verticalement vers le haut et dépend de la masse de liquide déplacé. D'ailleurs, la poussée d'Archimède se manifeste aussi dans l'air, elle permet aux montgolfières de monter grâce à l'air chaud contenu dans le ballon. | ||
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+ | Dans l'exemple ci-dessous, le [http://fr.wikipedia.org/wiki/Poids poids] de l'objet est une force vers le bas qui s'applique au [http://fr.wikipedia.org/wiki/Centre_de_gravit%C3%A9 centre de gravité] de l'objet G, et la poussée d'Archimède est une force vers le haut qui s'applique au point P. | ||
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+ | '''Si la poussée d'Archimède est au moins égale au poids alors le bateau flotte sur l'eau ou la montgolfière flotte dans l'air.''' | ||
Cette page vise à imaginer tout un tas d'hypothèses possibles par rapport à une question donnée, et à proposer des protocoles expérimentaux visant à les tester.
Un bateau en granite qui flotte...
Pensez-vous qu’il est possible de faire flotter un bateau en pierre ? Pourquoi des paquebots de plus de 100 000 tonnes ne coulent-ils pas ? Nous vous proposons trois expériences faciles à réaliser pour amener quelques éléments de réponse.
Pour tester cette hypothèse, nous proposons une expérience qui compare la flottaison d'une embarcation en fonction du nombre et de la répartition des charges à l’intérieur.
Matériel :
Expérience :
Pour plus d'explications sur la stabilité d'un bateau : Stabilité des bateaux
Nous proposons une petite manipulation qui permet de bien comprendre cette hypothèse.
Matériel :
Expérience : Faire une boule de pâte à modeler. La mettre dans l'eau et observer si elle flotte. Donner ensuite à cette même boule de pâte à modeler différentes formes (longue, plate, creuse,...) et observer la flottaison dans chacun de ces cas.
Qu'observe-t-on? Toutes les formes ont le même poids mais ne flottent pas de la même manière. Pour faire flotter la pâte à modeler, il faut lui donner une forme creuse.
Conclusion : En donnant une forme creuse à la pâte à modeler, on augmente le volume de l'objet que l'on veut faire flotter. On comprend donc avec cette expérience qu'il y a un lien entre le volume de l'objet et sa flottaison.
Pour confirmer cette hypothèse, nous proposons une expérience qui compare la flottaison dans 3 situations où pour une même masse, le volume de l'objet augmente.
Matériel :
Expérience : Prendre trois bouteilles d’eau de 50cl, 1L et 1,5L. Remplir la bouteille de 50cL de sable et placer dans les deux autres la même quantité de sable (de manière à ce qu'elles aient toutes le même poids) et reboucher les bouteilles. Remplir la bassine d’eau et y placer les 3 bouteilles horizontalement (bien répartir le sable).
Qu'observe-t-on? La bouteille de 50Cl coule et les deux autres non. On remarque que la bouteille de 1 L s'enfonce plus dans l'eau que celle de 1,5 L.
Conclusion : Pour une même masse, plus le volume augmente et plus la flottaison augmente. Un des facteurs intervenant dans la flottaison des bateaux vient donc du fait qu’ils ont un gros volume par rapport à leur poids.
Pour approfondir : Ce rapport entre le volume et le poids du bateau correspond à la masse volumique. La masse volumique d'un objet correspond au rapport de sa masse (ce que l’on exprime en kilogrammes) par rapport à son volume (exprimé en m3).
Formule scientifique de la masse volumique :
La masse volumique de l'eau est de 1000 kg/m3, c’est a dire que 1 m3 d'eau pèse 1000 kilogrammes. Si la masse volumique d’un l'objet est plus grande que celle de l'eau, alors l'objet coule. Au contraire, si la masse volumique de l'objet est plus petite que celle de l'eau alors l'objet flotte.
Dans notre expérience, lorsqu'on augmente le volume des bouteilles (sans augmenter la masse) on diminue la masse volumique, qui devient inférieure à celle de l'eau. La flottaison augmente donc.
Pour tester cette hypothèse, il est possible de réaliser une expérience testant l’influence de la salinité sur la flottaison.
Matériel :
Expérience : Prendre deux bouteilles d’eau de 1,5L et les couper à mi-hauteur. Remplir l’une avec de l’eau douce et l’autre avec de l’eau salée (deux cuillères à soupe de sel). Plonger un œuf dans chacune des bouteilles.
Expérience détaillée sur la page suivante : Oeuf qui flotte
Qu'observe-t-on? L’œuf coule dans l’eau douce et flotte dans l’eau salée.
Conclusion : Cette expérience permet de montrer que la présence de sel dans l’eau a une influence sur la flottaison. Cependant, dans cette expérience, l’œuf coule dans l’eau douce. Hors, tous les bateaux ne coulent pas en eau douce. La présence de sel ne suffit donc pas à elle seule à expliquer pourquoi les bateaux flottent.
Pour en savoir plus : Lorsqu'on ajoute du sel dans l'eau, on augmente la masse sans changer le volume. Donc la masse volumique de l’eau augmente. Nous avons vu dans l'hypothèse 2 qu'un objet flotte si sa masse volumique est inférieure à celle de l'eau. Plus la masse volumique d'un bateau est inférieure à celle de l'eau, plus il flotte facilement. Si la masse volumique de l'eau augmente, grâce au sel, les bateaux flottent donc mieux.
La flottaison des bateaux est un phénomène complexe qui fait intervenir plusieurs facteurs. Les expériences précédentes nous ont permis de mettre en évidence certains de ces facteurs :
Les expériences que nous avons proposées ne permettent pas de mettre en évidence le rôle prépondérant de chacun de ces facteurs. Ceux-ci sont bien évidemment non exhaustifs.
Pour approfondir :
Nous avons montré le rôle important de la masse volumique dans ce phénomène. La masse volumique a été mise en évidence par Archimède au IIIè siècle av.JC. Il a alors remarqué que son corps flottait en partie dans sa baignoire, et fait le lien entre le volume immergé de son corps et la poussée du liquide qui nous permet de flotter.
La poussée d'Archimède est une force qui agit verticalement vers le haut et dépend de la masse de liquide déplacé. D'ailleurs, la poussée d'Archimède se manifeste aussi dans l'air, elle permet aux montgolfières de monter grâce à l'air chaud contenu dans le ballon.
Dans l'exemple ci-dessous, le poids de l'objet est une force vers le bas qui s'applique au centre de gravité de l'objet G, et la poussée d'Archimède est une force vers le haut qui s'applique au point P.
Si la poussée d'Archimède est au moins égale au poids alors le bateau flotte sur l'eau ou la montgolfière flotte dans l'air.
Pour aller plus loin...
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