Ça Flotte ou Ça Coule ? Le Secret d'Archimède
Pourquoi certains objets flottent et d'autres coulent ?
Tu as sûrement remarqué qu'un morceau de bois flotte sur l'eau, alors qu'un caillou coule directement au fond. Qu'est-ce qui fait cette différence ? Il y a une force spéciale que l'eau (et tous les liquides, et même les gaz comme l'air !) exerce sur les objets qui y sont plongés : c'est la Poussée d’Archimède. Cette force est dirigée vers le haut et s'oppose au poids de l'objet. Si la Poussée d'Archimède est assez grande, l'objet flotte ! Sinon, il coule. Découvrons ensemble ce "secret" d'Archimède.
Les Objets Mystérieux de Léo
- Objet A : Un petit morceau de bois sec.
- Objet B : Un galet lisse ramassé au bord de la rivière.
- Objet C : Une petite barque en plastique (comme un jouet).
Schéma : Objets dans l'eau et forces en jeu
Différents objets dans l'eau, soumis à leur poids et à la poussée d'Archimède.
Questions à traiter
- Qu'est-ce que la Poussée d’Archimède ? Dans quelle direction cette force agit-elle toujours sur un objet plongé dans un liquide ?
- Pour chacun des trois objets (A, B, C), indique s'il flotte ou s'il coule d'après tes connaissances ou ce que tu imagines.
- L'Objet A (le bois) flotte. Cela signifie-t-il que son Poids est plus grand, plus petit, ou égal à la Poussée d’Archimède qu'il subit ? Fais un petit schéma simple d'un objet qui flotte avec les deux forces (Poids et Poussée d'Archimède) représentées par des flèches de longueurs appropriées.
- L'Objet B (le galet) coule. Cela signifie-t-il que son Poids est plus grand, plus petit, ou égal à la Poussée d’Archimède qu'il subit ?
- L'Objet C (la petite barque en plastique) est fait d'un plastique qui, si on en faisait une bille compacte, coulerait. Pourtant, la barque flotte. Peux-tu expliquer pourquoi la forme de la barque l'aide à flotter ? (Indice : pense au volume d'eau déplacé).
- Si on prend un gros bloc de fer, il coule dans l'eau. Mais un énorme bateau en fer (comme un paquebot) flotte. Comment est-ce possible ?
Correction : Le Secret d'Archimède
Question 1 : La Poussée d’Archimède
Réponse :
La Poussée d’Archimède est une force que tout liquide (ou gaz) exerce sur un objet qui y est plongé (totalement ou partiellement). Cette force est toujours dirigée verticalement, de bas en haut (vers le haut). Elle s'oppose au poids de l'objet et a tendance à le faire remonter ou à le soutenir.
Question 2 : Flotte ou coule ?
Réponse :
- Objet A (Bois sec) : Il flotte généralement.
- Objet B (Galet) : Il coule.
- Objet C (Petite barque en plastique) : Elle flotte.
Question 3 : Objet A (Bois) qui flotte
Réponse :
Si l'Objet A (le bois) flotte, cela signifie que la Poussée d’Archimède qu'il subit est égale à son Poids. (Plus précisément, pour un objet qui flotte, la Poussée d'Archimède est égale au poids de l'objet lorsqu'une partie de l'objet est immergée. Si elle était plus grande, l'objet s'envolerait de l'eau, ce qui n'arrive pas ! Si elle était plus petite, il coulerait.)
Schéma d'un objet qui flotte :
Les flèches Poids et Poussée d'Archimède ont la même longueur.
Quiz Intermédiaire 1 : Un objet flotte si :
Question 4 : Objet B (Galet) qui coule
Réponse :
Si l'Objet B (le galet) coule, cela signifie que son Poids est plus grand que la Poussée d’Archimède qu'il subit. La force qui le tire vers le bas est plus forte que la force qui le pousse vers le haut.
Question 5 : La barque en plastique qui flotte
Réponse :
Même si le plastique lui-même est plus dense que l'eau (une bille de ce plastique coulerait), la barque flotte grâce à sa forme. Sa forme creuse lui permet de déplacer un grand volume d'eau. La Poussée d'Archimède dépend du volume d'eau déplacé (plus précisément, elle est égale au poids du volume d'eau déplacé). En ayant une forme qui déplace beaucoup d'eau, la barque reçoit une Poussée d'Archimède suffisamment grande pour compenser son propre poids et flotter.
Quiz Intermédiaire 2 : La Poussée d'Archimède dépend :
Question 6 : Le bateau en fer qui flotte
Réponse :
C'est le même principe que pour la barque en plastique. Un bloc de fer compact est très dense et coule. Mais un bateau en fer a une forme spéciale (une coque creuse) qui lui permet de déplacer un très grand volume d'eau. Même si le bateau est très lourd (son poids est grand), le volume d'eau qu'il déplace est tellement énorme que le poids de cette eau déplacée (et donc la Poussée d'Archimède) est égal au poids total du bateau. C'est pour cela que les énormes paquebots en acier peuvent flotter ! Ils sont conçus pour déplacer suffisamment d'eau.
Quiz Rapide : Testez vos connaissances (Récapitulatif)
1. La Poussée d'Archimède est une force qui :
2. Un objet coule dans l'eau si :
3. Un gros bateau en acier flotte parce que :
Glossaire
- Force
- Action capable de modifier l'état de mouvement d'un objet ou de le déformer.
- Poids (P)
- Force de gravité exercée par la Terre (ou un autre astre) sur un objet. Il est toujours dirigé verticalement vers le bas.
- Poussée d’Archimède (\(F_A\))
- Force exercée par un fluide (liquide ou gaz) sur un objet qui y est immergé. Elle est dirigée verticalement vers le haut. Sa valeur est égale au poids du volume de fluide déplacé par l'objet.
- Flottabilité
- Capacité d'un objet à flotter à la surface d'un liquide ou à s'élever dans un gaz. Elle dépend de la comparaison entre le poids de l'objet et la Poussée d'Archimède.
- Flotter
- Se maintenir à la surface d'un liquide, ou en équilibre dans un liquide sans couler.
- Couler
- Tomber au fond d'un liquide parce que le poids est supérieur à la Poussée d'Archimède.
- Volume Déplacé
- Volume de liquide qui est "poussé" de côté par un objet lorsqu'il est immergé. C'est ce volume qui détermine la valeur de la Poussée d'Archimède.
- Densité
- Masse d'un objet par unité de volume. Un objet moins dense que le liquide dans lequel il est placé a tendance à flotter.
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