I- Flottabilité d'un bateau

• Qu’est ce que la pesanteur ?

La pesanteur est la force qui attire le corps humain vers le centre de la Terre. En effet, la force gravitationnelle de la planète est plus imposante que celle des corps présent sur la surface de la Terre, ce qui explique pourquoi l’Homme est attiré par cette dernière.

• Qui est Archimède ?

Archimède de Syracuse (287 av. J.-C. / 212 av. J.-C.) fut un très grand scientifique grec ainsi qu'un physicien, mathématicien et ingénieur de l’Antiquité. Il vécut en Sicile  et tout particulièrement, dans la ville de Syracuse. On ne sait, cependant, peu de chose sur sa vie. Il étudia l’hydrostatique ainsi que la mécanique statique. Il inventa aussi de nombreux outils et expliqua le principe du levier. Il fut tué par un romain lors du siège de Syracuse malgré les ordres contraires. En effet, selon les dires, Scipion voyait en Archimède un homme aux qualités indéniables.

• Le principe d’Archimède :

La poussée d’Archimède est une force que subit un corps lorsqu’il est plongé en tout ou en partie dans un fluide (liquide ou gazeux) en étant soumis à un champ de gravité. La façon la plus fréquente de définir ce principe est : « Tout corps plongé dans un fluide au repos, entièrement mouillé par celui-ci ou traversant sa surface libre, subit une force verticale, dirigée de bas en haut et opposée au poids du volume de fluide déplacé ; cette force est appelée « poussée d’Archimède ». »

Cela signifie que tout objet ou être vivant immobile plongé dans un fluide comme l'eau subira deux forces : la pesanteur qui entraîne le corps vers le bas et la poussée d'Archimède qui s'oppose à la première force et pousse le corps vers la surface.

• Afin de démontrer le principe de la flottabilité, nous avons réalisé une expérience représentant le principe d’Archimède. Il nous fallait une balance, deux poids de masses égales, un récipient avec une ouverture ainsi qu’une petite soucoupe. Dans un premier temps, nous avons posé le premier poids sur l'un des deux plateaux de la balance. Puis, nous avons suspendu le deuxième poids sous l'autre plateau. Ce dernier a coulé à cause du déséquilibre. Le récipient dans lequel se trouvait l’eau possédait une ouverture. C'est la raison pour laquelle de l’eau est sortie du récipient puis a été récoltée par une soucoupe. Le liquide a été ensuite mis sur le plateau qui contenait le premier poids. Pour finir, nous avons mesuré la masse du poids et celle de l'eau récoltée. Nous avons alors constaté que ce cumul des masses total était égal à celui de la masse de l’autre poids.

• Nous avons ensuite voulu voir s’il n’y avait pas d’autres paramètres qui influençaient la flottabilité. Après quelques recherches, nous avons alors pensé à la densité des corps. Celle-ci est le rapport entre une masse volumique, que l’on nomme X, et une seconde masse volumique prise comme point de référence. Par conséquent, cette densité peut nous indiquer la flottabilité d'un corps par rapport à l'eau douce. Par exemple, nous prenons comme point de référence la densité de l’eau qui vaut 1000 kg/m³, soit 1. Pour qu’un objet flotte, il faut donc que sa masse volumique moyenne reste inférieure à la masse volumique du fluide.

• Si la densité du corps était supérieure à 1, le corps en question aurait coulé. À l'inverse, si la densité du corps était inférieure à 1, ce corps aurait flotté à la surface de l'eau. De surcroît, si la masse volumique du corps était égale à la masse volumique de l’eau, donc égale à 1, alors ce corps aurait flotté. Il ne descendra, ni remontera à la surface, on pouvait aussi dire qu’il était entre-deux-eaux. Dans l'eau de mer qui, quant à elle, possède une densité de 1.025, les corps ayant une densité égale ou inférieure à l’eau de mer seraient stables dans l’eau ou flotteraient à sa surface. Toutefois, si la densité était supérieure, alors le corps aurait coulé.

• Nous avons ensuite poussé notre réflexion un peu plus loin afin de voir si la forme des corps influençait elle aussi la flottabilité. L’apparence du corps plongé dans l’eau compte énormément. En effet, si le corps possède un aspect arrondi et bombé ou s’il a une forme d’ogive, qu’il est creusé avec une densité inférieure à 1, alors, le corps flotte. Néanmoins, il faut tout de même faire attention à la longueur et la largeur du corps afin qu’elles ne soient pas trop réduites face à la forme bombée. En effet, si c’est le cas, le corps coulerait au lieu de flotter.

• Nous avons aussi constaté que la flottabilité de l’objet est influencée par la salinité du fluide dans lequel il se situe.

La présence de sel, dans un liquide, joue beaucoup sur la flottabilité des corps. Pour le prouver nous prenons l’exemple de la mer morte, la mer la plus salé de la Terre. Sur celle-ci un être humain flotte sans avoir à se maintenir à la surface.

On trouve 30 à 40 g de sel dissous pour 1 kg d'eau de mer. L'eau salée s'oppose à l'eau douce, qui contient moins de 1 g de sels dissous par kilogramme. La masse volumique de l'eau de mer à la surface est d'environ 1,025 g/ml, supérieure de 2,5 % à celle de l'eau douce (1 g/ml).