Tpe Flottabilité

st en moyenne 25% supérieur à celle de sa masse à vide.

M- Mais alors quel est l'élément que nous n'avons pas encore abordé pour qu'un bateau flotte sur l'eau? Et bien nos deux scientifiques nous propose cette expérience.

Vidéo 1 et 2

J- Dans notre expérience nous voyons dans un premier temps accroché à un dynamomètre un solide, la valeur de la force exercée par le dynamomètre sur le solide est égal à 9,2N . Nous plongeons ensuite notre solide toujours accroché au dynamomètre dans une éprouvette graduée contenant de l'eau, et nous voyons que la force exercée par le dynamomètre est inférieur à la première valeur. Nous pouvons alors dire que le solide immergé est soumis à une force exercée par le liquide.

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C- C'est la poussée d'Archimède et en termes scientifiques c' est la force verticale dirigée de bas en haut par un fluide liquide ou gazeux sur un objet plongée dans ce fluide, elle est égale au volume d'eau déplacée. Dans le cas du bateau c'est ce qui lui permet de flotter. Comme toute force, son unité est le Newton

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J- Nous pouvons apercevoir sa formule qui s'affiche qui est : Pi = «Ro» x V x g. «pi» étant la Valeur de la poussée d'Archimède, «V» le volume du fluide déplacé et «g» l'intensité de la pesanteur.

******************(possibilité de mettre les calcul de l'expérience)

M- Camille, Justine il me semble que vous allez nous proposer une autre expérience permettant de montrer que pour qu'un bateau flotte il faut que la poussée d'Archimède et le poids soit égales et qu'en revanche si le poids est plus grand que la poussée d'Archimède alors le bateau coule n'est ce pas?

C- Oui, tout a fait mais d'abord regardez cette 1ere vidéo.

Vidéo 3

J- Comme vous pouvez le voir ici, nous avons plongé notre objet symbolisant un bateau dans un cristallisoire, dans cette première vidéo le bateau vide pèse 240g et comme vous l'avez vu il flotte, nous l'avons montré aussi par les calculs en calculant premièrement le volume d'eau déplacé égal ici à 222,7cm3 qui est nécessaire pour calculer la poussée d'Archimède qui est alors de 2,2N, ayant aussi la masse de notre bateau nous avons calculé la valeur du poids qui est environ égal à 2,3N et malgré notre petite marge d'erreur (fréquente lors de calculs physique) nous pouvons dire ici que la poussée d'Archimède et le Poids sont égaux. Maintenant regardez cette 2eme vidéo.

Vidéo 4

C- Ici après avoir rajouté 560g de sable dans notre bateau, il coule, et donc d'après ce que vous nous avez dit tout à l'heure le poids est ici supérieur à la poussée d'Archimède et c'est en effet le cas, car ici le volume d'eau déplacée est de 705cm3 et donc d'après la formule, la poussée d'Archimède est égale à 7,0N.

Ayant rajouté 560g, notre bateau pèse alors 800g et donc son poids est alors égal à 7,8N, nous voyons donc que même si ici la différence n'est pas très grande, notre objet coule quand même.

M- Mais il me semble me souvenir que ces formules était lié aussi avec la masse volumique, pouvez vous nous expliquer cela?

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J- Comme nous l'avons dit précédemment, la formule de la poussée d'Archimède est П=ρ(eau) * V(eau déplacée)*g et le poids est P=mg, or nous venons de montrer que lorsqu'un bateau flotte П=P cela veut donc dire que ρ(eau) * V(eau déplacée)*g= mg et donc que ρ(eau)=m/V(eau déplacée) qui nous permet de comprendre que pour qu'un bateau flotte il faut que masse volumique du bateau soit égal à celle de l'eau.

C- Pour vous donner exemple, dans la première vidéo où le bateau flotte la masse volumique de notre bateau est égale à 1,1g,cm-3

M- Et si j'ai bien compris la masse volumique de l'eau étant environ égale à 1g.cm-3 , la masse volumique de l'eau est alors environ égale à celle du bateau, et donc votre objet flotte.

Dans une toute autre partie j'aimerai comprendre qu'est ce qui permet de régler l'assiette c'est à dire l'équilibre d'un bateau.

J- Ce qui permet de repérer si l'assiette d'un bateau est correcte

M- Quelque chose m'échappe, car dans votre expérience les conditions sont idéales, alors que dans la réalité un bateau est soumis à diverses forces qui auront tendance à le faire chavirer. Pouvez vous nous expliquer où s'appliquent ces différentes forces?

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C- Quand votre bateau naviguera, le vent frappera sa voile s'il y en a une, pour parer en quelque sorte l'action de cette force il suffit de déplacer l'équipage ou quelques accessoires pour faire contrepoids dans le cas des petits bateaux à voile bien sur!

Les vagues vont agir sur la quille et sur le safran du bateau, ce qui va augmenter la gîte du bateau qui est l'inclinaison transversale de celui-ci et provoquer des mouvements de roulis qui est un mouvement alternatif du bateau autour de l'axe longitudinal.

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J- Il existe alors différents moyen qui permettent de diminuer la gîte des bateaux, le principal est le plus connu sont les ballasts qui sont des réservoirs pouvant être remplis d'eau qui vont alors accroitre l'enfoncement du bateau en augmentant le poids de celui-ci. En revanche pour éviter les mouvements de roulis d'un bateau, il existe sur la majorité des bateaux des quilles de roulis qui vont freiner les mouvements de roulis, contrairement aux énormes stabilisateurs qui peuvent exister sur les paquebots et les porte-conteneurs qui eux permettent de réduire le roulis de 90 % et d'assurer un meilleur confort.

M- Il semble que dans notre problématique nous avons évoqué l'influence du milieu, je suppose donc que la salinité des mers et des océans joue un rôle dans la flottabilité et qu'il existe des différences de salinités dans le monde marin.

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