LA POUSSEE D’ARCHIMEDE.

Système étudié : un pot de sable.

• Caractéristiques du pot de sable:

1- Relever la masse du pot rempli de sable.correction

2- Par quelle méthode a-t-on mesuré le volume du pot de sable?Mesurer le volume du pot de sable.correction

Expérience 1 :On suspend le pot à un dynamomètre.

3- Etablir un bilan de forces s’exerçant sur le pot .correction

Le pot est plongé dans l’eau colorée

Que peut-on en déduire?

a- le poids du pot est plus faible dans l’eau colorée que dans l’air.

b- Une nouvelle force apparaît dans le bilan de forces s’exerçant sur le pot dans l’eau.

c- Le pot cherche à flotter dans l’eau

Réponse fausse: le poids d’un système est toujours le même en un même lieu quelles que soient les conditions dans lesquelles on le place.

Réponse incorrecte.

L’eau colorée exerce une

nouvelle force sur le pot :

la poussée d’Archimède π.

4- Donner ses caractéristiques: direction , sens et intensitécorrection

Tentons de répondre à deux problèmes: Premier problème: est-ce que la poussée d’Archimède dépend de la masse du pot ? Deuxième problème: est-ce que la poussée d’Archimède dépenddu volume du pot ?

Premier problème: pour savoir si la poussée d’Archimède exercée sur un système dépend de la masse du système, quelle expérience faut-il réaliser parmi les suivantes:

Exp 2: on recommence l’expérience 1 avec différents pots de différentes masses puis on compare les intensités des poussées d’Archimède mesurées.Exp 3: on recommence l’expérience 1 avec des pots de différents volumes mais de même masse puis on compare les intensités des poussées d’Archimède mesurées.Exp 4 : on recommence l’expérience 1 avec le même pot mais en le remplissant de quantités différentes de sable puis on compare les intensités des poussées d’Archimède mesurées.

Mauvaise expérience car les 2 paramètres masse et volume du système varient.

Mauvaise expérience : ce n’est pas le bon paramètre qui varie.

Bravo.

On réalise donc l’expérience suivante: on vide partiellement de sable le pot de sable

5-En déduire l’intensité de la poussée d’Archimède exercée par l’eau colorée sur le pot de sable allégé puis conclure.

correction

Deuxième problème :pour savoir si la poussée d’Archimède dépend du volume du système, quelle expérience faut-il réaliser parmi les expériences 2, 3 ou 4 citées précédemment?

Exp 2: on recommence l’expérience 1 avec différents pots de différentes masses puis on compare les intensités des poussées d’Archimède mesurées.Exp 3: on recommence l’expérience 1 avec des pots de différents volumes mais de même masse puis on compare les intensités des poussées d’Archimède mesurées.Exp 4 : on recommence l’expérience 1 avec le même pot mais en le remplissant de quantités différentes de sable puis on compare les intensités des poussées d’Archimède mesurées.

Mauvaise expérience car les 2 paramètres masse et volume du système varient.

Mauvaise expérience : ce n’est pas le bon paramètre qui varie.

Bravo. On réalise donc l’expérience suivante: on remplace le pot de sable rempli par un ensemble de masses marquées de masse 300 g.6- Observer et conclurecorrection

Premier bilanChoisir la réponse correcte parmi celles-ci:La poussée d’Archimède dépend du volume du système mais pas de sa masse.La poussée d’Archimède dépend de la masse du système mais pas de son volume.

C’est faux reprendre les différentes expériences.

Bravo! Cherchons maintenant l’expression de la poussée d’Archimède:On suppose que la masse volumique de l’eau colorée est voisine de celle de l’eau µeau colorée = 1,0 g.mL-1

7-En s’aidant du volume du pot, déterminer le poids du volume d’eau colorée déplacée par le pot. Correction

8- Comparer à l’intensité de la poussée d’Archimède exercée par l’eau colorée sur le pot de sable déterminée à la question 4.Conclure.correction

Conclusion:un système immergé totalement ou partiellement dans un fluide est soumis à des forces de pression exercées par ce fluide dont la résultante est une force de poussée appelée poussée d’Archimède π dont les caractéristiques sont :Point d’application : centre d’inertie du fluide déplacé Direction : verticaleSens : vers le hautIntensité : π = poids du volume de fluide déplacé = µfluide× Vimmergé×g

Réponse 1: masse du pot rempli : m = 301,6 g

Réponse 2: on mesure le volume du pot par déplacement de liquide.Vpot = 178 mL

Réponse 3:bilan de forces sur le pot: poids du pot.force exercée par le fil sur le pot.

P

Ffil/pot

Réponse 4: caractéristiques de la poussée d’Archimède:Direction: verticale.Sens: vers le haut.Intensité: π = indication du dynamomètre (pot dans l’air) –indication du dynamomètre (pot dans l’eau colorée) = 3,0-1,3 = 1,7 N

Réponse 5: conclusion: la poussée d’Archimède s’exerçant sur le pot allégé vaut 2,2 – 0,5 = 1,7 N donc la même valeur que lorsque le pot est rempli.Conclusion: la poussée d’Archimède s’exerçant sur le pot est indépendant de sa masse.

Réponse 6: Le pot et les masse marquées ont la même masse. Pourtant placés dans l’eau, le dynamomètre n’indique pas la même valeur donc la poussée d’Archimède s’exerçant sur le pot et celle s’exerçant sur les masses marquées n’ont pas la même intensité.Conclusion: la poussée d’Archimède s’exerçant sur un système dépend de son volume .

Réponse 7: poids du volume d’eau colorée déplacée PP = meau colorée × g = µeau colorée × Vpot × g

Vpot en mL g en N.kg-1 donc µ en kg.mL-1

P= 1,0 × 10-3 × 178 × 9,8 = 1,7 N

Réponse 8 : l’intensité de la poussée d’Archimède s’exerçant sur le pot de sable déterminée à la question 4 est de 1,7 N.Conclusion: l’intensité de la poussée d’Archimède s’exerçant sur un système plongé dans l’eau colorée est égale au poids du volume d’eau colorée déplacé