Problème soulevée d'eau contre résistance

[invite3702cdbc]

Bonjour à tous,
Je suis confronté au problème suivant.

J'ai un flotteur fixé de masse négligeable rempli d'air, totalement immergé dans une cuve contenant de l'eau.
Le flotteur a une longueur et une largeur de 10 cm pour une hauteur de 5 cm, soit un volume de 0,5 L.
La cuve a une longueur et une largeur de 15 cm. La hauteur d'eau est de 15 cm également.
Le volume total d'eau contenu dans la cuve est Vtot = 15 x 15 x 15 = 3375 cm^3 - volume du flotteur soit 2,875 L.

Ma question est la suivante; quelle force vais-je devoir appliquer pour soulever ma cuve ?
Uniquement une force de 28,75 N pour s'opposer au poids de l'eau (que l'on approximera à 28,75 N pour simplifier) ?
Ou alors est-ce que la présence du flotteur change les choses*? Ce que j'aurais tendance à penser instinctivement, et si oui comment ?

Merci pour vos réponses

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[HarleyApril]

Bonjour

Déplacé en physique

Pour la modération

[Black Jack 2]

Bonjour,

Pression au niveau du fond de l'aquarium due à l'eau = ...

[jacknicklaus]

Bonjour,

comment un flotteur de masse négligeable peut-il rester immergé ?

Que représente la ligne horizontale tout au dessus du schéma, qui s'appuie apparemment sur la tige fixée au flotteur ?

[A voir en vidéo sur Futura]

[invite9137ea99]

Que représente la ligne horizontale tout au dessus du schéma, qui s'appuie apparemment sur la tige fixée au flotteur ?

Oui, ce genre d'exercice, s'il est mal énoncé peut porter à confusion. Perso, j'ai interprété cette ligne horizontale comme symbolisant le plafonnier, donc, le flotteur reste fixe, juste ?

[Black Jack 2]

Oui, ce genre d'exercice, s'il est mal énoncé peut porter à confusion. Perso, j'ai interprété cette ligne horizontale comme symbolisant le plafonnier, donc, le flotteur reste fixe, juste ?

Cela me semblait évident.
Bien que alors, le mot flotteur n'est pas très adéquat.

[Nekama]

2 cas.

1. Soit le flotteur est immobile dans l'espace parce que relié au plafond, fixe, via la tige verticale.

Dans ce cas, s'il l'eau exerce un poussée d'Archimède sur le flotteur, alors le flotteur exerce une poussée d'Archimède sur l'eau égale et opposée et la force totale est le poids de l'eau + le poids du volume du flotteur avec le rho de l'eau...

2. Soit le flotteur flotte auquel cas on déduit que la tige verticale et le truc brun qui ressemble à un plafond pèsent le poids du volume d'eau déplacé puisque le flotteur est immergé et immobile. Le poids total devient le poids de l'eau + le poids du truc brun.

Dans les 2 cas, on arrive au même résultat : la force totale à vaincre est de 3,375 L * 1 kg/L * 9,81 N/kg = 33 N.

[invite3702cdbc]

Bonjour,

Merci pour vos réponses et désolé si je n'ai pas été assez explicite, effectivement le flotteur est fixé au plafond comme certains d'entre-vous l'ont supposé.

Dans les 2 cas, on arrive au même résultat : la force totale à vaincre est de 3,375 L * 1 kg/L * 9,81 N/kg = 33 N.

Pourquoi ne déduit-on pas des 3,375 L le volume du flotteur du flotteur ?

Et donc on prend en compte la poussée d'Archimède même si le flotteur est immobile?

[Black Jack 2]

Bonjour,

Et si, comme suggéré dans mon premier message, tu commençais par calculer la pression due à l'eau au niveau du fond de l'aquarium...

Cela ferait une 3ème approche.

[invite9137ea99]

Ou alors est-ce que la présence du flotteur change les choses*? Ce que j'aurais tendance à penser instinctivement, et si oui comment ?

Bizarre, mon instinct m'aurait amené à penser différemment. Comme dit Black Jack 2, le mot flotteur est dans l'exemple mal adapté, mais bon, on peut supposer que l'auteur de l'exercice postule que c'est le mot qui était marqué sur l'emballage de cet objet...
Ceci dit, je me serais demandé si l'air du "flotteur" remplacé par de l'eau ou de l'or, aurait changé la réponse de cet exercice. Et à mon sens, cette réponse qui semble évidente guidera l'intuition. Ceci dit, beaucoup te diront -à juste titre- que l'intuition est mauvaise conseillère en physique..... mais pas toujours.
Tu te poses une bonne question dans ton dernier message.

[jacknicklaus]

Une image qui fait appel à l'intuition pour comprendre : imagine que tu es debout à côté d'une baignoire, avec ton flotteur à la main. Tu es sur un pèse personne , et la baignoire aussi, mais sur un autre pèse personne. Les deux pèse-personnes donnent un certain poids total.

Tu plonges le flotteur dans l'eau. tu es d'accord je pense pour dire que tu n'as pas maigri dans l'opération, que le flotteur n'a pas changé, et qu'aucune eau ne s'est perdue (l'opération ne fait pas déborder la baignoire). Donc la somme des poids mesurés doit rester constante.

Or ton bras recoit une poussée vers le haut, poids d'eau déplacée par le flotteur, Archimède, etc... Donc ta balance va afficher un poids moindre. Donc la balance sous la baignoire va afficher un poids supérieur, et la somme sera constante.


Sinon, la réponse physique est celle de blackjack : quelle hauteur d'eau, quelle pression au fond, quelle force .

[invite3702cdbc]

Bonjour,

tu commençais par calculer la pression due à l'eau au niveau du fond de l'aquarium

Ça c'était fait, mais je ne savais pas trop comment me dépatouiller après notamment avec la question de la poussée d'Archimède, mais l'expérience de pensée de jacknicklaus m'a bien aidé.
Désolé au passage pour la terminologie, "flotteur" était un peu foireux.

Je devrais me débrouiller avec les pistes que vous m'avez donné, merci pour vos réponses!

[Black Jack 2]

Bonjour,

Cela n'a été nulle part mentionné, néanmoins dans l'effort pour soulever la cuve ... il faut penser à inclure le poids de la cuve (sans eau), bien qu'aucune donnée ne permet de lui trouver une valeur numérique.

[invite3702cdbc]

Oui bien évidemment