Oeuf qui flotte

De Wikidebrouillard.

Version du 16 novembre 2015 à 15:22

Présentation de l'expérience

Comment faire varier la flottabilité d'un oeuf ?

La densité d'un liquide influe sur la flottabilité des objets. Comment faire varier la densité d'un liquide et influer sur la flottabilité des objets qui se trouvent dans ce liquide ?

Matériel

• Un oeuf
• Du gros sel
• Une bouteille vide
• De l’eau
• Une cuillère
• Un couteau

L'expérience

En vidéo

La manipulation

• Remplir à moitié un récipient d’eau.
• Mettre un œuf dedans.
• Observer.
• Préparer de l'eau saturée en sel, avec du gros sel de préférence (pour conserver la transparence de l'eau)
• Rajouter petit à petit l’eau saturée en sel dans le même récipient que l'oeuf et observer.

Que voit-on ?

Lorsque l’œuf est mis dans le récipient d’eau, il coule.
Quand l’eau saturée en sel est injectée dans le récipient, il se met à flotter à partir d’une certaine quantité d’eau saturée en sel.

Explication

Un œuf comestible est plongé dans un récipient d’eau douce, il coule, cela est dû au fait que sa densité est plus forte que celle de l’eau douce. L'oeuf est plus "lourd" que l'eau douce.

L’œuf subit deux forces, le poids et la poussée d’Archimède : Cela signifie également que le poids est supérieur à la poussée d’Archimède.

La poussée d'Archimède est une force dirigée vers le haut, qui s'applique sur les objets qui sont dans un fluide, comme l'eau.

Lorsque l’on rajoute de l’eau saturée en sel, la densité de la solution eau-sel devient plus forte. L'eau devient plus "lourde" que l'oeuf. L’œuf, moins dense que l'eau, se met alors à flotter.

Ou alors l'oeuf se maintien dans l'eau si la densité de la solution eau-sel est équivalente à celle de l'oeuf.

Concepts scientifiques associés

L’œuf subit deux forces, le poids et la poussée d’Archimède :

Le poids qui est la force gravitationnelle :

P est la valeur de la force gravitationnelle, elle s’exprime en Newton (N). Mo est la masse de l’œuf, elle s’exprime en kilogramme (kg). ρo est la masse volumique de l’œuf en kg/m³. Vo est le volume de l’œuf en m³. G est la gravité, elle s’exprime en N/kg ou en m/s² et elle vaut 9,8 N/kg.

La poussée d’Archimède :

Fa est la valeur de la poussée d’Archimède en N. G est la gravité. Vo est le volume de l’œuf, il s’exprime en m³. ρ est la masse volumique du liquide dans le récipient, elle s’exprime en kg/m³.

A partir de ces deux forces, plusieurs cas se présentent.

• Premier cas : l’œuf coule dans le liquide qui est l’eau :

L’œuf coule dans le liquide, cela signifie que le poids est supérieur à la poussée d’Archimède.

A travers ces équations, on parvient à démontrer qu’il y a un lien étroit entre la poussée d’Archimède et les masses volumiques de l’œuf et de l’eau. Ici, l’œuf coule car sa masse volumique est plus forte que celle de l’eau : la densité de l'oeuf est supérieure à la densité de l'eau douce.

• Deuxième cas : on rajoute du sel dans l’eau, l’œuf flotte.

L’œuf est au fond du bocal, on rajoute maintenant du sel dans le bocal. La masse volumique du sel est de 2200 kg/m³, soit, supérieure à celle de l’eau qui est de 1000 kg/m³ et qui est elle-même inférieure à celle de l’œuf. Lorsque le sel est rajouté dans l’eau, il se dissout et le mélange eau-sel donne une solution dont sa masse volumique appelée ρs varie en fonction de la quantité de sel. Plus on met du sel dans cette solution, plus la masse volumique ρs augmente. Il arrive un moment où la masse volumique ρs devient supérieure à la masse volumique de l’œuf ρo,et l’œuf se met à flotter dans la solution : : la densité de l'oeuf est inférieure à la densité de l'eau salée dans le cas présent.

Voici la démonstration, la masse volumique de la solution eau-sel est supérieure à celle de l’œuf, de fait, la poussée d’Archimède est supérieure au poids de l’œuf qui se met donc à flotter dans le bocal.

• Troisième cas : l’œuf reste en sustentation (il reste entre deux eaux") dans la solution :

Si la quantité de sel est dosée de manière à ce que la masse volumique ρs soit égale à la masse volumique de l’œuf ρo, alors le poids et la poussée d’Archimède se compensent. Ainsi l’œuf peut rester en sustentation dans la solution : la densité de l'oeuf est égale à la densité de l'eau salée dans le cas présent.

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