La poussée d'archimède

[invite234d9cdb]

Bien le bonsoir à vous


J'ai une question sur la poussée d'archimède : si j'ai bien compris, un corps qui est plongé trop profondément ne pourra pas remonter même si sa densité est inférieure à celle du liquide dans lequelle il est immergé car il subira le poids de la colonne de liquide au dessus de lui (qui augmente avec la profondeur).


Exemple : un cube de bois de 1 dm³ (masse volumique est 600kg/m³) est immergé dans de l'eau.
Son poids : 6 Newton
La poussée d'archimède c'est le poids du dm³ d'eau déplacé, donc 10 Newton.

Conclusion il est va gentillement rester à la surface, vu que la poussée dépasse de 4 Newton son poids.


Maintenant on va tenir compte de la colonne d'eau au dessus de ce cube.

S'il est immergé à 1m de profondeur, la colonne d'eau au dessus du cube à un volume de 1dm²x10dm soit 10 dm³

Donc le cube est écrasé avec une force de 100N

Conclusion : il va couler à pic... vu que la poussée d'archimède ne fait que 10 Newton face à 106 Newton...


Le problème c'est que si on regarde de plus prêt, le cube, même s'il est à 10cm sous l'eau, il supporte déjà un poids de 10 Newton d'eau, que la poussée d'archimède annule parfaitement, mais il reste le poids => il coule à pic aussi !



C'est pas un peu bizarre ça ? Il y a surement une faute dans mon raisonnement...
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[zoup1]

J'ai une question sur la poussée d'archimède : si j'ai bien compris, un corps qui est plongé trop profondément ne pourra pas remonter même si sa densité est inférieure à celle du liquide dans lequelle il est immergé car il subira le poids de la colonne de liquide au dessus de lui (qui augmente avec la profondeur).

Alors c'est que tu n'as pas bien compris la poussée d'Archimède.
Ce poids de la colonne de liquide qui est au-dessus de lui ce n'est pas la poussée d'Archimède, mais simplement cela se manifeste à travers la pression.

Pour un liquide à l'équilibre,la somme des forces qui s'exerce sur le liquide est nulle. Cela veut dire qu'une colonne d'eau (1) de hauteur H appuye sur la colone d'eau (2) qui est juste en dessous d'elle avec son poids mais qu'en contre partie, la colonne d'eau (2) le lui rend bien et appuye, vers le haut cette fois, sur la colonne d'eau (1).

Ceci pour illustrer que la pression s'exerce dans les 2 sens et même d'ailleurs dans toutes les directions. La pression est un scalaire et pas un vecteur. Du coup, les forces de pression s'exercent de la même façon dans toutes les directions de l'espace.

Pour en revenir à un objet qui flotte, ce qui va être important ce n'est pas la pression qui s'exerce sur lui, mais les différences de pression entre le haut et le bas. Pour être plus précis, c'est la somme (vectorielle) de toutes les forces de pression qui s'exercent sur lui.
C'est à priori difficile de calculer un truc comme cela, mais il se trouve qu'il y a un moyen astucieux de le faire et que le résultat de cette somme est ce que l'on appelle la poussée d'Archimède qui comme on le sait se résume à : Tout corps plongé dans un fluide subit une force de bas en haut d'intensité égale au poids du volume de fluide déplacé.

bref, la poussée d'Archimède est un moyen simple de prendre en compte l'ensemble des forces de pression qui s'exercent sur un objet immergé. Si tu l'utilises, il ne faut pas chercher à mettre d'autres forces de pression. Si tu ne l'utilises pas, il faut faire attention à bien prendre en compte toutes les forces de pression. En l'occurence tu avais oublié la pression que le fluide sous l'objet exerce sur cet objet.

Une illustration de ce que je raconte est d'essayer de comprendre une chasse d'eau ou un bouchon d'évier. Lorsque celui-ci ferme l'ouverture d'un récipient (avec de l'eau au dessus de lui) il est très difficile de le soulever. On ressent une forte succiion. par contre dès qu'on a réussi à le soulever, un tant soit peu (qu'il y a de l'eau qui est passé par dessous), il est beaucoup plus facile de le soulever.

[invite234d9cdb]

Bon alors, pourquoi si j'immerge trop profondément ma plaque de bois, elle ne remonte plus ? (résultat expérimental, sauf qu'il s'agissait d'une palque de verre dans du mercure)...

Dans le même ordre d'idée, pourquoi des bulles dans le fond des océans ne peuvent pas remonter ?

[invité576543]

Bon alors, pourquoi si j'immerge trop profondément ma plaque de bois, elle ne remonte plus ? (résultat expérimental, sauf qu'il s'agissait d'une palque de verre dans du mercure)...

Est-ce qu'elle est plaquée au fond ta plaque de verre? Il peut y avoir des phénomènes genre capilarité qui luttent contre la pression qui tend à faire passer le liquide entre la plaque et le fond alors.

Si ta plaque est entièrement entourée de mercure, elle doit monter il me semble.

Dans le même ordre d'idée, pourquoi des bulles dans le fond des océans ne peuvent pas remonter ?

C'est complètement différent: les bulles de gaz sont compressibles, dont changent de densité avec la pression par exemple. Même si ce n'est pas suffisant comme explication, ça donne déjà une indication que ce n'est pas comparable avec un solide.

Ceci dit, à quel phénomène précis penses-tu?

Cordialement,

[A voir en vidéo sur Futura]

[invitef2ea68d7]

Bon alors, pourquoi si j'immerge trop profondément ma plaque de bois, elle ne remonte plus ? (résultat expérimental, sauf qu'il s'agissait d'une palque de verre dans du mercure)...

Bonjour,

On peut aussi envisager d'autres hypothèses:
1 - la plaque de verre était-elle parfaitement propre, autrement dit était-elle mouillable?

2 - il existe une grande différence entre une plaque de verre et une plaque de bois (d'une même masse à sec). Le bois est perméable, en général, et donc à l'immersion, la poids de la planche varie (on ***sidère la quantité d'eau suffisante pour négliger la variation de volume d'eau libre). Il est même probable que la pénétration de l'eau soit favorisée par la pression. En ***sidérant ceci, on peut imaginer que la densité de la planche de bois devienne plus grande et explique le phénomène. Qu'en pensez-vous?

[zoup1]

Bonjour,

On peut aussi envisager d'autres hypothèses:
1 - la plaque de verre était-elle parfaitement propre, autrement dit était-elle mouillable?

2 - il existe une grande différence entre une plaque de verre et une plaque de bois (d'une même masse à sec). Le bois est perméable, en général, et donc à l'immersion, la poids de la planche varie (on ***sidère la quantité d'eau suffisante pour négliger la variation de volume d'eau libre). Il est même probable que la pénétration de l'eau soit favorisée par la pression. En ***sidérant ceci, on peut imaginer que la densité de la planche de bois devienne plus grande et explique le phénomène. Qu'en pensez-vous?

J'en pense :
1) le mercure sur du verre même très propre ne doit pas vraiment mouillé le verre, mais cela ne veut pas pour autant dire qu'il y aura de l'air piégé autour de la plaque de verre.
2) du bois même imbibé d'eau à une masse volumique plus faible que celle de l'eau (la matière sèche est moins dense que l'eau).

Je ne vois comme explication que le fait que la plaque soit en contact avec le fond du récipient autrement dit qu'elle ne soit pas entièrement entourée de mercure. c'est l'effet bouchon dont je parle plus haut.

PS : manipuler du mercure peut-être dangereux, l'inalation des vapeurs de mercure (je crois) nuit aux bon fonctionnement synaptique (je crois toujours). Les thermomètre à mercure ont été interdit pour ces raisons (ou d'autres).

[invitef2ea68d7]

J'en pense :
12) du bois même imbibé d'eau à une masse volumique plus faible que celle de l'eau (la matière sèche est moins dense que l'eau).

Ce n'est pas évident. j'ai rencontré en mer des espars entre deux eaux (dont la densité est très légèrement supérieure à l'eau de mer) et d'autres au fond (sur fond sablonneux à moins de 40 mètres).

Quoiqu'il en soit, la poussée d'Archimède n'est sans doute pas à remettre en cause Il faut trouver une explication qui rentre dans le cadre.... Parce que les lois de la mécanique qui sont impliquées dans ce mécanisme ne me semblent pas constestables dans le domaine d'application.

[invite8ef897e4]

Je suis pas très bon en mécanique classique mais il ne me semble pas que le fait expérimental soit vrai : un sous-marin par exemple peu descendre très profondément sans avoir peur d'atteindre la limite au-delà de laquelle il est poussé vers le bas (son problème étant plutôt la pression justement...) Je ne vois pas d'autre explication que celle proposée : la plaque n'était-elle pas plaquée (...) sur le fond ?

manipuler du mercure peut-être dangereux, l'inalation des vapeurs de mercure (je crois) nuit aux bon fonctionnement synaptique (je crois toujours).

Allez tu blagues ! Le mercure est cancerigène !

[invitef2ea68d7]

Je suis pas très bon en mécanique classique mais il ne me semble pas que le fait expérimental soit vrai : un sous-marin par exemple peu descendre très profondément sans avoir peur d'atteindre la limite au-delà de laquelle il est poussé vers le bas (son problème étant plutôt la pression justement...)

Excellent, le cas du sous-marin! Voilà bien une machine physique qui fonctionne selon le principe d'Archimède... Il plonge en remplissant ses ballasts, tout en conservant une réserve de flottabilité suffisante pour remonter et remonte en purgeant les ballasts. Un sous-marin dont on diminue la flottabilité en dessous de la limite de plongée descendra jusqu'au fond ou jusqu'à sa limite critique de rigidité de la coque.

[zoup1]

Ce n'est pas évident. j'ai rencontré en mer des espars entre deux eaux (dont la densité est très légèrement supérieure à l'eau de mer) et d'autres au fond (sur fond sablonneux à moins de 40 mètres).

Quoiqu'il en soit, la poussée d'Archimède n'est sans doute pas à remettre en cause Il faut trouver une explication qui rentre dans le cadre.... Parce que les lois de la mécanique qui sont impliquées dans ce mécanisme ne me semblent pas constestables dans le domaine d'application.

Tu as raison, il y certaines espèces d'arbres "exotiques" qui ont une forte densité et qui ne sont pas capable de flotter (même dans de l'eau douce) !!

[zoup1]

Allez tu blagues ! Le mercure est cancerigène !

Non, je blague pas, j'avoue seulement mon incompétence en la matière...

[invite8ef897e4]

Non, je blague pas, j'avoue seulement mon incompétence en la matière...

Ah ben je ne suis surement pas plus competent que toi en l'occurence. Je croyais que "l'inalation des vapeurs de mercure nuit aux bon fonctionnement synaptique" était une boutade

[invite234d9cdb]

Oui on dit partout que le mercure est très dangereux à inhaler (notamment), ce qui n'empeche pas de l'utiliser en labo !



Pour la plaque de verre elle était en effet sur le fond du récipient !
En tout cas merci à tous pour votre participation c'est plus que ce que je ne demandais