À propos de cette expérience
Suspends un bloc à un dynamomètre à ressort et abaisse-le dans un vase à trop-plein. À mesure que le bloc s’enfonce, l’indication du dynamomètre diminue et du liquide se déverse dans le récipient collecteur. La perte de poids indiquée par le dynamomètre est toujours égale au poids du liquide recueilli dans le récipient : c’est le principe d’Archimède. Modifie le matériau, le liquide et la taille du bloc pour découvrir ce qui fait flotter ou couler les objets.
Objectifs pédagogiques
- Mesure la poussée d’Archimède comme la différence entre le poids dans l’air et l’indication du dynamomètre dans le liquide
- Montre que la poussée d’Archimède est égale au poids du liquide déplacé
- Découvre que la poussée d’Archimède augmente avec le volume immergé, mais pas avec la profondeur une fois que le bloc est entièrement immergé
- Prédis si le bloc va flotter ou couler en comparant sa masse volumique à celle du liquide.
Comment l’utiliser
- 1Le bloc d’aluminium étant dans l’air, relève son poids sur le dynamomètre à ressort.
- 2Fais descendre le bloc par petits paliers et observe l’indication du dynamomètre, la poussée d’Archimède et le récipient collecteur.
- 3Continue à abaisser le bloc une fois qu’il est entièrement immergé. Observe quelle force reste constante sur le graphique.
- 4Essaie avec du bois et de la cire dans différents liquides et trouve la profondeur à laquelle la ficelle se détend et le bloc flotte.
Le modèle
Hypothèses
- Le bloc est un cube plein de masse volumique uniforme et reste horizontal à mesure qu’il s’enfonce.
- Le vase de trop-plein reste rempli jusqu’au bec verseur, de sorte que le récipient collecteur contient exactement le liquide déplacé par le bloc.
- Le liquide est au repos et sa masse volumique est la même à toutes les profondeurs. La tension superficielle est négligée.
- La ficelle et le crochet du dynamomètre sont sans masse, et g = 9,8 N/kg.
À essayer en classe
- Q1Le bloc d’aluminium pèse 13,2 N dans l’air et 8,3 N dans l’eau. Quel volume d’eau déplace-t-il ?
- Q2Pourquoi l’indication de la balance cesse-t-elle de changer une fois que le bloc est entièrement sous la surface ?
- Q3La cire flotte sur l’eau, mais coule dans l’éthanol. Explique pourquoi à l’aide des masses volumiques.
- Q4L’acrylique coule dans l’eau, mais flotte dans l’eau salée. Quelle partie reste au-dessus de la surface ?
Foire aux questions
Un objet situé plus profondément subit-il une force de poussée plus grande ?
Non. La pression augmente avec la profondeur, mais la pression exercée sur la face supérieure augmente aussi. La différence entre les forces de pression sur les faces supérieure et inférieure reste la même ; un objet entièrement immergé subit donc la même poussée à toute profondeur.
Pourquoi un lourd navire en acier flotte-t-il ?
Sa coque renferme un grand volume d’air, si bien que la masse volumique moyenne du navire est inférieure à celle de l’eau. Il s’enfonce jusqu’à déplacer une quantité d’eau dont le poids est égal au sien.
La masse du bloc modifie-t-elle la poussée ?
Non. La poussée d’Archimède dépend uniquement du volume immergé et de la densité du liquide. La masse détermine seulement si cette force est suffisante pour maintenir le bloc à flot.