Vous êtes-vous déjà demandé pourquoi certains objets flottent tandis que d'autres coulent ? Saviez-vous que chaque objet dans un liquide subit une force ascendante du liquide ? Creusons et découvrons plus.
OBJECTIFS D'APPRENTISSAGE
À la fin de ce sujet, vous êtes censé ;
INTRODUCTION
Tous les objets dans un liquide subissent une force ascendante du liquide, qu'ils soient submergés ou flottants. Cette force vers le haut est appelée force de poussée . La force de poussée est également appelée force de flottabilité et est désignée par la lettre "u".
LE PRINCIPE D'ARCHIMEDE
Un scientifique grec, nommé Archimède a mené les premières expériences pour mesurer la poussée vers le haut sur un objet dans un liquide. Le principe d'Archimède stipule que "lorsqu'un corps est complètement immergé dans un fluide, il subit une force ascendante égale au poids du fluide déplacé".
Lorsqu'un solide est immergé dans un liquide, la poussée sur ce solide sera égale au poids de l'eau déplacée.
Par exemple, un bloc métallique dont le volume est de 60 cm 3 et pèse 4,80 N dans l'air est immergé dans un liquide. Déterminez le poids du bloc lorsqu'il est entièrement immergé dans un liquide d'une densité de 1 200 kgm -3 .
Solution
Volume du liquide déplacé = 60 cm 3 = 6,0 × 10 -5 m 3 .
Poids du liquide déplacé = volume x densité 6,0 × 10 -5 × 1200 × 10 = 0,72 N
Upthrust = poids du liquide déplacé. Poids du bloc dans le liquide = 4,80 – 0,72 = 4,08 N
OBJETS FLOTTANTS
Les objets qui flottent dans les liquides sont moins denses que les liquides dans lesquels ils flottent. La relation entre le poids du liquide déplacé et celui du corps peut être déterminée.
Le poids du liquide déplacé est égal au poids d'un bloc dans l'air. Ceci est conforme à la loi de flottaison qui stipule qu'"un corps déplace son propre poids". Cette relation peut être représentée mathématiquement comme indiqué ci-dessous;
Poids = volume x densité x gravité = v × ρ × g
W = vd × ρ × g où vd est le volume de liquide déplacé.
Notez que la flottaison est un type particulier du principe d'Archimède. En effet, un corps flottant coule jusqu'à ce que la poussée soit égale au poids du corps.
DENSITÉ RELATIVE
La densité relative a été établie comme le rapport de la densité d'une substance à la densité de l'eau. Selon la loi de flottaison, un objet déplace un fluide égal à son propre poids, par conséquent, les expressions mathématiques suivantes peuvent être établies.
Densité relative = \(\frac{\textrm{ density of substance}}{\textrm{density of water}}\) \(\frac{\textrm{weight of substance}}{\textrm{weight of equal }volume of water}\) = \(\frac{\textrm{mass of substance}}{\textrm{mass of equal volume of water}}\)
APPLICATIONS DE LA DENSITÉ RELATIVE ET DU PRINCIPE D'ARCHIMÈDE
1. Navires . Vous êtes-vous déjà demandé pourquoi une aiguille de fer coule immédiatement dans l'eau mais pas un gros navire ? La réponse est le principe d'Archimède. Le clou s'enfonce car le poids de l'eau déplacée est inférieur à celui de l'aiguille - la densité du fer est supérieure à celle de l'eau. Le principe d'Archimède est appliqué dans la construction de navires. De grandes parties du navire sont laissées creuses pour que le navire pèse moins que l'eau déplacée. Une force de flottabilité d'une magnitude égale à l'eau déplacée maintient le navire à flot.
2. Sous-marins . Un sous-marin peut flotter sur l'eau et il peut aussi être submergé. Ceci est réalisé par les réservoirs de ballast et comprimés. Lorsque le ballast est rempli d'eau, le sous-marin est immergé. C'est parce qu'il a une densité plus élevée que l'eau déplacée. Lorsque l'eau du réservoir de ballast est expulsée, avec l'aide du réservoir comprimé, la densité du sous-marin diminue moins que la densité de l'eau déplacée. Par conséquent, le sous-marin est capable de flotter.
3. Montgolfières . Le ballon s'élève dans les airs lorsque l'air entourant le ballon a un poids supérieur à celui du ballon. Lorsque le poids est égal, le ballon reste immobile.
4. Aréomètres . Il s'agit d'un instrument utilisé pour mesurer la gravité spécifique ou la gravité des liquides. Il est composé d'un tube de verre creux avec une base plus large en forme de bulbe et est scellé aux deux extrémités. Le niveau de l'hydromètre qui est immergé dans un liquide et l'eau déplacée par l'hydromètre est mesuré afin d'obtenir la gravité spécifique d'un liquide. Si l'hydromètre s'enfonce plus profondément, cela montre que le sol de l'échantillon a une densité moindre.
