Poussée d'archimède appliquée

[invite712ece60]

Bonjour,

Je suis demandeur d'une piste de réflexion pour le problème suivant :

A partir de 2 tuyaux d'acier, d'une épaisseur de 5mm, d'un diamètre de 81,3 cm et d'une longueur de 12 mètres, surmontés d'une tôle d'acier d'épaisseur 5 mm, 12x6 mètres, je souhaite réaliser une barge.

Ma question est la suivante :
Quelle charge maximale (en Kg?) peut-on appliquer sur cette barge avant de se retrouver avec un sous-marin ? (en clair, si je charge cette barge, quand vais-je avoir les pieds dans l'eau en partant du principe que la charge est équilibrée).

Merci par avance de vos réponses.

Cordialement.

Shazbot.
-----

[LPFR]

Bonjour
Il faut que vous calculiez le volume interne des tubes. La poussée d'Archimède maximale sera égale au poids d'eau de ce volume. Vue la densité du fer, on néglige le volume de celui-ci.
Puis il faut que vous calculiez le poids des tubes (vides) plus celle de la tôle qui les recouvrira.
Puis vois faites la différence: poids d'eau moins poids d'acier. Cela vous donnera le poids que vous pourrez poser sur la barge avant de couler.
Au revoir.

[Eurole]

Bonjour à tous.
Quelles sont les issues de ce sous-marin ?

Comme LPFR l’a indiqué, la flottaison est la résultante de deux forces :
• Un poids, qui pousse vers le bas
• Une poussée de l’eau vers le haut, égale au poids du volume d’eau déplacé.

• Le poids
Un tube pèse près de 6 tonnes (avec les deux cylindres de fermeture, soudures, etc.) pour un volume de 6,23 m³
La plaque pèse 2.82 tonnes pour un volume de 0.36 m³
Soit un poids total minimum de 15,8 tonnes.

• La poussée nécessaire pour faire flotter un tel poids demande un volume de 15,8 m³ d’eau, alors que la « barge » a un volume de 12,82 m³.

• Conclusion : elle coule, et pour la remettre à niveau il faudra une force de 300 kg (en système international on dit 3000 newtons)

Le tout à vérifier bien sûr …

Je pense qu’il serait préférable de raisonner en sens inverse : quel sont le poids, le volume et la forme des objets à transporter ?
Il suffirait d’une deuxième plaque d’acier pour arriver à un résultat acceptable.

[créaventeur]

Bonjour,

Je suis demandeur d'une piste de réflexion pour le problème suivant :

A partir de 2 tuyaux d'acier, d'une épaisseur de 5mm, d'un diamètre de 81,3 cm et d'une longueur de 12 mètres, surmontés d'une tôle d'acier d'épaisseur 5 mm, 12x6 mètres, je souhaite réaliser une barge.

Ma question est la suivante :
Quelle charge maximale (en Kg?) peut-on appliquer sur cette barge avant de se retrouver avec un sous-marin ? (en clair, si je charge cette barge, quand vais-je avoir les pieds dans l'eau en partant du principe que la charge est équilibrée).

Merci par avance de vos réponses.

Cordialement.

Shazbot.

Bonjour "Shazbot" si tu veux des idées pour une construction moins robuste mais plus légère tu peux en trouver là...
http://forums.futura-sciences.com/as...pheriques.html
http://sd-1.archive-host.com/membres...80_Model_1.pdf

[A voir en vidéo sur Futura]

[ansset]

• Le poids
Un tube pèse près de 6 tonnes (avec les deux cylindres de fermeture, soudures, etc.) pour un volume de 6,23 m³
La plaque pèse 2.82 tonnes pour un volume de 0.36 m³
Soit un poids total minimum de 15,8 tonnes.

je ne trouve pas comme vous :
je prend une densité du fer à 8.
plaque : env 1m cube ( 12*16*0,005) soit env 8 tonnes.
tube : env 0,15 m cube ( 2*pi*0,4*0,005*12 ) soit env 1,2 tonnes
( les cotés sont négligeables en m cubes, donc en poids)
total pour moi :
8+2*1,2= 10,4 tonnes

volumes des boudins 6m cubes chacun soit total 12 m cubes.
soit donc un support total admissible de 12 tonnes pour la flottaison.

il reste donc 1,5 tonne de possible sur la barge...
et pas 300 kg.

reste que celà est un calcul théorique parqu'avec un tel poids de barge au depart, les boudins vont être déjà sacrément immergés et il sera bien difficile d'avancer.

sans charge au depart , les flotteurs seront dejà immergés au 4/5 !!

[ansset]

désolé, désolé
je me corrige car j'ai pris 12*16 et pas 12*6

volume de la plaque 0,36 soit env 3 tonnes
poids des flotteurs 1,2 tonnes chacun
poids total : 5,4 tonnes

poids possible de flottaison 12 tonnes car 12 m cubes de flotteurs.

reste en charge possible : environ 6,6 tonnes !

[LPFR]

Re.
Pourquoi 5 mm d'épaisseur? Vous voulez que ce soit à l'épreuve de balles?
Vous pouvez utiliser des barils de pétrole qui sont bien plus légers et dont la résistance suffit (pas pour les balles).
A+

[invite712ece60]

Bonsoir,
merci de votre intérêt et de vos réponses à ma question,
je vais étudier cela de plus près avec les éléments que vous avez la gentillesse de m'apporter.
1) LPFR : 5mm, effectivement pour être à l'épreuve des balles, nous avons ici quelques chasseurs capable de s'autoriser quelques délires après le repas du midi (sic). Les barils de pétroles sont beaucoup trop légers pour les armes lourdes qu'ils possèdent...Merci en tous cas.

2) Eurole : l'idée est d'installer un bâtiment sur cette barge, le tout monté sur des poteaux verticaux plantés dans la "vase" pour permettre à l'ensemble de coulisser en fonction du niveau des eaux. (faible variation) La barge sera donc fixe horizontalement mais mobile verticalement.
En ce qui concerne le calcul, je ne l'ai pas encore réalisé si ce n'est le volume des tubes, je trouve 6,07m3 (fermetures par plaques et non par cylindres.), le poids de la plaque et je trouve 2,88 tonnes, le poids des cylindres et je trouve 2,35 tonnes (Je dois encore ajouter le poids du support des plaques (encore inconnu))
Pour le reste, je n'arrive pas à croire que la barge coule de son propre poids Eurole! (Oh! My! God!) Je pense qu'il y a une erreur.

3) créaventeur : je rêve ou c'est du spam scientifique ^^

4)Anset : je ne sais pas pourquoi, je préfère cette version à celle d'Eurole
Dès que possible, je posterai le poids réel de la structure pour clarifier les choses. 6,6 tonnes de charge possible me semble cohérent. Il s'agit donc pour vous de la charge qui équilibre la poussée d'Archimède. Mais comment 12,15 m3 de flotteurs peuvent fournir 12,15m3 d'eau déplacée si les flotteurs ne sont pas complètement immergés. Je veux dire par là, si je jette un flotteur de 6,07 m3 à l'eau, à quel niveau du cylindre l'eau va-t-elle monter et le volume non-immergé compte-t-il dans le calcul de la poussée verticale et donc de la charge admissible?

Vraiment sympa de vous pencher sur le problème. A +. Bonne nuit.

[LPFR]

Bonjour.
Le calcul de Anset est le bon.

Avant de vous lancer dans l'aventure, vous devriez vous renseigner sur les coques en béton. Elles ont l'avantage d'être légères (oui, c'est surprenant), inoxydables, pas chères et imputrescibles. On fait des coques de bateau par cette technique.

Ce que Anset a calculé est la "réserve de flottabilité" du dispositif. Si la charge est plus petite les boudins flotteront plus ou moins immergés et vice-versa: à mesure que vous augmentez la charge, les boudins s'immergent de plus en plus jusqu'à ce que, à la charge maximale, ils soient complètement immergés et qu'ils coulent si vous augmentez encore la charge.
Au revoir.

[créaventeur]

3) créaventeur : je rêve ou c'est du spam scientifique

Bonjour,
Non, c'était une simple petite pointe d'humour...
Tu viens de racheter un magnifique terrain pas cher du coté de "La Faute /mer" c'est ça?

Bien penser à contrôler que le centre de poussée se trouve au dessus du centre de gravité...sinon on peut avoir des surprises...
Bon courage dans ton entreprise en tout cas!!!

[LPFR]

...
Bien penser à contrôler que le centre de poussée se trouve au dessus du centre de gravité...sinon on peut avoir des surprises...

Re.
Il n'est pas nécessaire que le centre de poussée se trouve au dessus du centre de gravité pour garder la stabilité. En dehors des voiliers à dérive lestée, presque tous les bateaux ont le centre de poussée très en dessous du centre de gravité. La stabilité est donnée par "l'équilibre de forme". Pensez à une boite de sardines vide ou à une plaque de polystyrène expansé posée sur l'eau.
A+

[créaventeur]

Re.
Il n'est pas nécessaire que le centre de poussée se trouve au dessus du centre de gravité pour garder la stabilité. En dehors des voiliers à dérive lestée, presque tous les bateaux ont le centre de poussée très en dessous du centre de gravité. La stabilité est donnée par "l'équilibre de forme". Pensez à une boite de sardines vide ou à une plaque de polystyrène expansé posée sur l'eau.
A+

Tu as tout à fait raison "LPFR"... mon approche était par trop minimaliste...
à Propos d'approche minimale, j'attends toujours ton commentaire là...
http://forums.futura-sciences.com/ph...n-de-vide.html
Car j'ai fait un travail assez conséquent ces dernières semaines pour tenter de te montrer que tu avais une vue quelque peu erronée des ballons à vide...Qu'en penses tu?

[LPFR]

...
à Propos d'approche minimale, j'attends toujours ton commentaire là...
http://forums.futura-sciences.com/ph...n-de-vide.html
...

Re.
Désolé, mais je pense que c'est une absurdité et c'est pour cela que je n'ai pas fait des commentaires.
A+

[ansset]

Ce que Anset a calculé est la "réserve de flottabilité" du dispositif. Si la charge est plus petite les boudins flotteront plus ou moins immergés et vice-versa: à mesure que vous augmentez la charge, les boudins s'immergent de plus en plus jusqu'à ce que, à la charge maximale, ils soient complètement immergés et qu'ils coulent si vous augmentez encore la charge.
Au revoir.

c'est effectivement ce que j'ai oublié de preciser.
si on prend par exemple un flotteur seul
poids : 1,2 T et volume 6 m cubes
en le mettant à l'eau seul , il ne sera immergé qu'à 20 %
( en volume , pas en hauteur : le calcul de la hauteur existe ici qcq part sur le site )
s'il pesait 3 tonnes , il serait immergé à moitié ( logique)

dans l'esprit, je serais tenté aussi d'imaginer une solution avec un troisième flotteur central.
2 avantages:
-pour un poids aditionnel de 1,2 T il offre une flottabilité potentielle de 6 T soit un delta supplémentaire de 4,8 T.
resultante aussi : à charge égale les flotteurs s'enfonceront moins, et donc la resistance au deplacement dans l'eau sera diminuée.
-placé au centre il ameliorera la repartition des efforts de pression sur la dalle et permettra de diminuer la fleche eventuelle de deformation de la barge au centre.

bon courage pour ton projet.

[créaventeur]

Re.
Désolé, mais je pense que c'est une absurdité et c'est pour cela que je n'ai pas fait des commentaires.
A+

Mais tu es quand même d'accord qu'une pensée en l'air sans argument pèse encore moins dans un débat qu'une sphére pleine de vide...

[LPFR]

Mais tu es quand même d'accord qu'une pensée en l'air sans argument pèse encore moins dans un débat qu'une sphére pleine de vide...

Re.
Je ne participe pas à ce forum pour croiser le fer. Les débats ne m'intéressent pas. Je n'ai rien à prouver.
Je participe dans des discussions dans lesquelles je pense que je peux rendre service.
Et je ne participe que quand les sujets m'intéressent et qui sont sérieux (et que je m'y connais).
Pour certains sujets, je préfère m'abstenir.
A+

[ansset]

je pense qu'à la place de Shazbot, je serais "un peu" ennuyé de voir mon sujet detourné par qcq qui revient sur son propre truc qui n'a rien à voir.
cela étant, la reponse a été claire sur ton sujet.
très peu de difference entre l'helium et le vide, point final....

[créaventeur]

je pense qu'à la place de Shazbot, je serais "un peu" ennuyé de voir mon sujet detourné par qcq qui revient sur son propre truc qui n'a rien à voir.
cela étant, la reponse a été claire sur ton sujet.
très peu de difference entre l'helium et le vide, point final....

tu te trompes... le temps de sustentation et l'energie nécessaire à celle ci c'est important aussi...
Bref pour Shazbot excuse moi... je te fais ton étude complète en mp pour compenser mon intrusion intempestive dans ton sujet, ça te va?
Mais il y avait malgrés tout certains intervenants "qui s'la pêtent un peu trop" à moucher!!

[créaventeur]

et puis il reste une donnée problématique importante... c'est de l'eau douce ou de l'eau de mer?

[Eurole]

...
2) Eurole : l'idée est d'installer un bâtiment sur cette barge, le tout monté sur des poteaux verticaux plantés dans la "vase" pour permettre à l'ensemble de coulisser en fonction du niveau des eaux. (faible variation) La barge sera donc fixe horizontalement mais mobile verticalement.
En ce qui concerne le calcul, je ne l'ai pas encore réalisé si ce n'est le volume des tubes, je trouve 6,07m3 (fermetures par plaques et non par cylindres.), le poids de la plaque et je trouve 2,88 tonnes, le poids des cylindres et je trouve 2,35 tonnes (Je dois encore ajouter le poids du support des plaques (encore inconnu))
Pour le reste, je n'arrive pas à croire que la barge coule de son propre poids Eurole! (Oh! My! God!) Je pense qu'il y a une erreur.

3) créaventeur : je rêve ou c'est du spam scientifique ^^

4)Anset : je ne sais pas pourquoi, je préfère cette version à celle d'Eurole
Dès que possible, je posterai le poids réel de la structure pour clarifier les choses. 6,6 tonnes de charge possible me semble cohérent. Il s'agit donc pour vous de la charge qui équilibre la poussée d'Archimède. Mais comment 12,15 m3 de flotteurs peuvent fournir 12,15m3 d'eau déplacée si les flotteurs ne sont pas complètement immergés. Je veux dire par là, si je jette un flotteur de 6,07 m3 à l'eau, à quel niveau du cylindre l'eau va-t-elle monter et le volume non-immergé compte-t-il dans le calcul de la poussée verticale et donc de la charge admissible?
...

Bonjour à tous.
En effet mon calcul est erroné, je l’ai réalisé en envoyant le message, mais j’ai préféré le laisser partir pour lancer le raisonnement.
1ère erreur : j’ai pris comme épaisseur 2,5 mm
2ème erreur : je l’ai soustrait des centimètres.
Je l’ai réalisé en faisant le calcul approché suivant :
- La circonférence du cylindre est 3,14*0,813 = 2,55 m
- Sa surface extérieure de 2,55*12 = 30,6 m²
- Son volume 30,6*0,005 = 0,153 m³
- Son poids 0,153*8000 = 1224 kg = 1,224 t
La poussée d’Archimède sur ce tube (fermé) est d’environ 5 t, c’est-à-dire que chargé de 5 t le haut du cylindre affleure la surface de l’eau.

Ma question avait pour but d’examiner les risques de chavirage. En réalité il ne s’agit pas d’une barge (=bateau) mais d’un ponton flottant.
http://img.nauticexpo.fr/images_ne/p...ant-117934.jpg
Je me demande si de nombreux bidons de pétrole ne seraient pas plus sûrs que deux cylindres.
Un bidon percé, ce n’est pas grave ; un cylindre, l’ensemble chavire, et je pense qu’il existe des balles capables de percer 5 mm de fer.

[myoper]

Un bidon percé, ce n’est pas grave ; un cylindre, l’ensemble chavire, et je pense qu’il existe des balles capables de percer 5 mm de fer.

Je plussoie, je ne veux pas faire de pub mais il y a des calibres répandus qui permettent de traverser plus épais.
Juste en passant, une tôle qui recouvre le tout ferait un autre compartiment étanche ...

Et bon WE a tous.

[Eurole]

Je plussoie, je ne veux pas faire de pub mais il y a des calibres répandus qui permettent de traverser plus épais.
Juste en passant, une tôle qui recouvre le tout ferait un autre compartiment étanche ...
Et bon WE a tous.

Bonjour à tous.
En effet une simple tôle supplémentaire sécuriserait le tout, par exemple en créant un parallélépipède étanche entre les deux cylindres.

[invite712ece60]

et puis il reste une donnée problématique importante... c'est de l'eau douce ou de l'eau de mer?

Bonsoir,

Il s'agit d'eau douce.

Merci Eurole, Ansset et LPFR, j'ai abouti à peu près à ce résultat aussi avec votre aide et j'ai bien saisi le principe, voici les nouvelles données.
1) il n'y a plus de plaques au dessus (trop lourd) mais un support renforcé type fer I pour simplement assurer une liaison à toute épreuve sur les 6 mètres de large. Pour le reste, le plancher et la baraque seront constitués de bois et d'acier pour alléger au maximum l'ensemble.
2) j'étudie avec attention la possibilité d'ajouter un flotteur central
pour renforcer la structure et pour augmenter le volume d'eau déplacé sans trop alourdir l'ensemble. Un caisson rectangulaire entre les flotteurs me plairait bien, par exemple en matière plastique (comme une cuve à fioul de récupération par exemple) remplie de polyuréthane;(apparemment environ 35 kg au mètre cube).
Que pensez-vous de cette idée?

Les bidons de pétroles ne me conviennent pas, l'épaisseur est vraiment insuffisante pour résister aux assauts du temps en milieux humide. Et puis j'ose quand même espérer ne pas subir les attaques d'armes de 1ère catégorie! 5 mm me semble suffisant pour le chasseur de base .
Eurole : l'idée de multiplier les volumes pour assurer une "répartition des risques de chavirement" est une bonne idée même si cela me rappelle furieusement un insubmersible célèbre...

Merci à vous tous, il ne reste plus qu'à se faire livrer ces petits tubes et à faire chauffer le poste à souder.

A bientôt!

[ansset]

que des bonnes idées !

alleger la structure portante mais renforcée en croisée.
de surcroit le bois, ça se change plus facilement qu'une dalle d'acier.
structure centrale moins lourde mais portante ( archimède ).

un soutien central, je l'avais suggéré, mais à mon avis c'est que benef.

après 1 suggestion :
comme tout est homothétique , une maquette genre 1/10 su c'est possible te permetra de valider tes idées.

ps2 : je ne connais pas ton mode de deplacement, mais si c'est à base de treuil et de force des bras, tu devra optimitimiser la resistance à l'eau en deplacement , et donc faire un peu attention à l'angle d'attaque de la barge sur l'eau

bon courage et à +