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Objectifs:
- Connaître le vocabulaire
- Savoir
- déterminer expérimentalement et/ou par calcul les forces s’exerçant sur un objet immergé ou flottant, à savoir:
- la force de pesanteur
- la force de pesanteur apparente
- la force d’Archimède
- utiliser une balance pour déterminer l’intensité d’une force d’Archimède
- résoudre des problèmes faisant intervenir des objets immergés ou flottants
- calculer le volume d’un cube, d’un parallélépipède rectangle, d’un cylindre et d’une boule
- connaître les unités de volume et de capacité et savoir les convertir
- calculer une masse volumique
- déterminer expérimentalement et/ou par calcul les forces s’exerçant sur un objet immergé ou flottant, à savoir:
Théorie:
Principe d’Archimède
Un objet immergé dans un fluide subit des forces, perpendiculaires à chaque élément de sa surface, qui tendent à le comprimer. Ces forces sont plus intenses à la partie inférieure de l’objet qu’à sa partie supérieure, car tous les éléments de sa surface ne sont pas soumis à la même pression.
La résultante de toutes ces forces est appelée force d’Archimède.
La droite d’action de la force d’Archimède est verticale et son sens est opposé à celui de la force de pesanteur. Son intensité est égale à celle de la force de pesanteur du fluide déplacé par la partie immergée de l’objet.
avec
- : intensité de la force d’Archimède en [N]
- : masse volumique du fluide en [kg/m3]
- : volume immergé de l’objet (= volume de fluide déplacé) en [m3]
- g : constante de gravitation terrestre en [N/kg]
Le point d’application de la force d’Archimède, appelé centre de poussée, est situé sur le centre de gravité du fluide déplacé. En général, le centre de poussée et le centre de gravité de l’objet ne sont pas confondus. A l’équilibre, ils appartiennent toutefois à la même verticale.
La pesanteur apparente
La pesanteur apparente d’un objet est donnée par la résultante de sa force de pesanteur et de sa force d’Archimède . Comme ces forces ont la même droite d’action, on peut simplement écrire :
Note: tous les objets situés dans l’air subissent une force d’Archimède qui s’oppose à leur force de pesanteur; toutefois, l’intensité de cette force ne représente habituellement que quelques pour mille de celle de la force de pesanteur et son effet peut être négligé.
Corps flottants
Quand un objet flotte à la surface d’un fluide, l’intensité de sa force d’Archimède est égale à celle de sa force de pesanteur, En d’autres termes sa pesanteur apparente est nulle.
Une vidéo explicative (clipedia)
Exercices distribués en classe :
Exercices supplémentaires :
Prétest: