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© JL-JC Courtens,
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Tous droits réservés
Création avril 1997
Revue : 02 mars 2006

 

Principe D'Archimède

Pourquoi certains objets coulent et d'autres flottent?
Pourquoi met-on une ceinture de plomb en plongée?
Pourquoi est-on plus lourd au fond?
Toutes ces questions démontrent qu'il y a une relation entre LE POIDS et LE VOLUME d'un corps pour son équilibre dans l'eau.

MISE EN ÉVIDENCE

a) Balance ou est suspendu un corps solide équilibré dans l'autre plateau par un poids identique.

b) Le solide est plongé dans un bac plein d'eau et nous recueillons l'eau qui déborde. Celle-ci représente le volume du corps solide.

c) L'eau recueilli est déposé dans le plateau sous lequel est suspendu le solide.

La balance est rééquilibrée.

 Conclusion

Tout s'est passé comme si , dès que le corps a été plongé dans l'eau, il recevait une poussée vers le haut qui le rend plus léger.

Or cette poussée à été neutralisée dès que l'on a reversé l'eau qui avait débordée dans la balance. Donc , cette poussée est égale au poids de l'eau déplacée.

PRINCIPE D 'ARCHIMÈDE

Tout corps plongé dans un fluide reçoit de la part de celui-ci une poussée verticale, dirigée de bas en haut, égale au poids du volume de fluide déplacé.

 

 

POIDS APPARENT ET POIDS RÉEL

Vous avez déjà remarqué qu'une bouteille de plongée est lourde quand on l'a sur le dos, et devient beaucoup plus légère lorsque l'on s'immerge.

La bouteille parait avoir un autre poids que l'on va appeler le POIDS APPARENT par opposition au POIDS RÉEL.

Le poids apparent est plus faible que le poids réel et la différence entre les deux est LA POUSSÉE ARCHIMÈDE.

Poids APPARENT = Poids RÉEL - Poussée ARCHIMÈDE

Exemple :

Un plongeur a un volume de 60 litres.
Il reçoit une poussée D'Archimède de 60 kg qui diminue d'autant dans l'eau son poids réel.
Il pèse tout équipée 70 kg.
Quel sera son poids apparent ?
P app = P réel - P arch => P app = 70 - 60 = 10 kg
Nouvelle expression : pv = poids volumique
Poids réel = V objet * pv objet
P Archimède = V objet * pv liquide
==> P app = V objet * pv objet - V objet * pv liquide
==> P app = V objet ( pv objet - pv liquide)

FLOTTABILITÉ

Dans l'eau , certains corps flottent , d'autres coulent ou restent entre deux eaux.
Les corps ont donc une flottabilité différente selon leur nature.
lorsqu'un corps remonte, il a une FLOTTABILITÉ POSITIVE

le poids réel est inférieur à la poussée Archimède. P r < P a

--> lorsqu'un corps coule, il a une FLOTTABILITÉ NÉGATIVE

le poids réel est supérieur à la poussée Archimède P r > P a

--> lorsqu'un corps flotte entre deux eaux, il a une FLOTTABILITÉ NULLE

le poids réel égal la poussée Archimède P r = P a

TOUT DÉPEND DE DEUX FACTEURS : LE POIDS ET LE VOLUME

De son volume , dépendra la poussée Archimède
De son poids réel , dépendra son poids apparent
 

APPLICATIONS A LA PLONGÉE

a) Poumons - ballast :

La flottabilité du plongeur dépend si ses poumons sont pleins ou pas. Si ce plongeur vide complètement ses poumons, il coule.

C'est l'application du principe Archimède.

En vidant ses poumons, il diminue son volume total; il diminue donc la poussée Archimède, augmente son poids apparent et COULE

b) Lestage :

Il doit être calculé de la manière suivante :

Les paliers se font la plupart du temps à 3 m. Il faut qu'en fin de plongée, la bouteille étant presque vide, sa flottabilité soit nulle à 3 m.

Il doit donc partir légèrement trop lourd en début de plongée. Son équilibrage à 3 m sera ensuite peaufiné à l'aide de ses poumons.

c) Bouée de remontée :

Lorsqu'un plongeur gonfle sa bouée, il augmente son volume sans augmenter son poids réel. La poussée Archimède augmente beaucoup et le plongeur remonte.

Mais l'utilisation principale de la bouée est de s'assurer une flottabilité nulle à n'importe quelle profondeur.

d) Parachute de relevage :

Si l'on veut remonter un objet lourd du fond, il vaut mieux demander à Archimède de nous aider plutôt que de risquer un essoufflement. On augmente donc le volume de l'objet sans augmenter son poids.

 

Problèmes de physique appliquée à la plongée :

Notre calculette

1) Un plongeur lesté à -3m est muni d'un bloc de 2 * 12 l qui est gonflé ,à 190 bars.
Il effectue une plongée de 30 mn à 40 m.
Sa consommation est de 20 l/mn
Quel est lestage à rajouter si il veut avoir un poids nul à -3m
Pa à 40 m 5 bars
Consommation à 40 m 5 * 20 l/mn = 100 l/mn
Pour 30 mn , il consomme 100 l * 30 = 3000 l
Sachant qu'un litre d'air pèse 1.3 g, la bouteille pèsera donc 1.3 * 3000 = 3900 g de moins
Il lui manquera donc pour être équilibré 3.9 kg qu'il rajoutera à sa ceinture de plomb.
2) On a un projecteur de poids réel = 3120 g et de volume = 4 dm3
On veut l'équilibrer dans de l'eau dont le pv = 1.03 kg/dm3 avec un lest de pv = 11.03 kg/dm3
On ne peut coller ce lest qu'à l'extérieur du projecteur
Poids du lest nécessaire ?
P Archimède = V objet * pv liquide
P apparent = Pr - P arch
==> P app du projecteur = Pr - (V objet * pv liquide) = 3.12 kg - ( 4 dm3 * 1.03 kg/dm3) = - 1 kg
P app du lest = V lest ( pv lest - pv eau )
et il faut pour que l'ensemble soit équilibré que le poids apparent du lest soit égal à 1 kg
==> V lest (11.03 kg/dm3 - 1.03 kg/dm3 ) = 1 ou V lest = 1/10 = 0.1 dm3
==> Poids réel = V lest * pv lest = 0.1 dm3 * 11.03 kg/dm3 = 1.103 kg