2.1 La poussée d'Archimède

Enoncé de la poussée d'Archimède :

« Tout corps plongé dans « un fluide, un liquide ou un gaz » subit une poussée verticale, dirigée vers le haut, égale au poids du fluide déplacé. »

Bien souvent, la poussée d’Archimède est négligée dans les calculs des forces car elle est minime face aux autres forces. Cependant, dans le cas des montgolfières, c’est une force élémentaire qui, avec le poids, est responsable du vol des montgolfières.

... La légende :

            Archimède est un célèbre mathématicien et physicien grec. Selon la légende, il aurait pris conscience du phénomène, aujourd’hui appelé « Poussée d’Archimède » alors qu’il prenait son bain. En effet, à l’époque, le roi de Syracuse lui aurait demandé de vérifier si sa couronne était ou non faite d’or pur. Pour cela, Archimède avait besoin de connaître la masse de la couronne, très facile à calculer, mais aussi de son volume. Or ce dernier ne pouvait pas se calculer à partir d’une simple formule mathématique. Cependant, alors qu’il prenait son bain tout en réfléchissant à la question, il aurait eu une illumination et aurait prononcé, selon la légende, «  Euréka ! » qui signifie « j’ai trouvé ». Il aurait en effet remarqué, que le poids de ses membres diminuait dans l’eau et que cette perte de poids correspondait au volume d’eau déplacé. Ainsi, comme l’eau est liquide, il lui suffisait de plonger la couronne dans de l’eau et de récupérer le volume d’eau déplacé  pour connaître le volume de la couronne et ainsi calculer sa masse volumique.

Expérience illustrant la poussée d'Archimède:

 

 

 

 

 

Il s’agit seulement d’une démonstration visuelle et non quantitative de la Poussée d’Archimède dans l’eau. Ce liquide a été choisi car le phénomène y est facilement observable. 

 

On introduit deux volumes différents d’air contenu dans des ballons. Ils sont tous deux lestés de la même masse m=1,00 kg. Le système S1 représente un volume V1 et le système S2 un volume V2 avec V1<< V2

 

Pour les deux systèmes, la valeur du poids est la même car elle est principalement liée à la masse m : la masse de l’air est en effet négligeable.

 

Or le système S1 coule, lorsqu’il est introduit dans le volume d’eau, alors que S2 flotte. Comme S1 et S2 ne sont soumis principalement  qu’à deux forces, le poids et la poussée d’Archimède, et que le poids ne varie pas, c’est la poussée d’Archimède qui varie.

 

La poussée d’Archimède est ainsi plus forte pour le V2 , car elle s’oppose au poids (S2 flotte donc la somme des forces qui s'exercent sur lui est nulle ) , que pour le volume V1 ,où le poids fait tomber le système S1 au fond de l’aquarium. De plus, V1 << V2  donc on peut conclure que plus le volume d’eau déplacé est important, plus la poussé d’Archimède est importante.   

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