Aspects physiques appliqués à la plongée Le principe d’Archimède

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1 Aspects physiques appliqués à la plongée Le principe d’Archimède
« allez mon grand, c’est l’heure du bain » Le principe d’Archimède Radiographie de la célèbre baignoire Comité Départemental du Val de Marne – Marc TISON – Moniteur Fédéral 2ème degré

2 Sources Le subacquatique – Claude Arzillier dit « Tonton » Introduction aux métiers de plongeur

3 Le principe d’Archimède
Savant grec (Syracuse, 287 av. J.-C. - id., 212 av. J.-C.), fondateur de l'hydrostatique Le principe Le Roi de Syracuse, HERION, ayant des doute sur l’honnêteté de son orfèvre pensait que sa couronne était en alliage et non en or pur. Il chargea ARCHIMEDE de faire la preuve de la fraude. Après moult cogitations, c’est en prenant son bain qu’il vit le moyen de résoudre son problème. En effet, plus il rentrait dans sa baignoire, plus le niveau d’eau montait. Il sortit dans la rue en criant « Euréka » (j’ai trouvé).

4 Le principe d’Archimède
Mise en évidence Les pesées d’Archimède : La couronne est tenue par un fil sous un plateau de la balance. En chargeant l’autre plateau pour obtenir l’équilibre Archimède en détermine le poids. Ensuite il place un récipient (contenant de l’eau) sous le plateau de la couronne, jusqu’à ce que celle-ci soit complètement immergée. Le plateau coté couronne monte. ………..Il sait maintenant que la couronne s’est allégée du poids de l’eau dont elle a pris la place.

5 Le principe d’Archimède
Il lui suffit alors, gardant toujours la couronne immergée, de charger le plateau côté couronne pour, à l’équilibre, obtenir ce poids d’eau. Ne lui reste qu’à transformer ce poids en volume d’eau. Avec nos unités actuelles par exemple :  1litre = 1dm3 = 1000 cm3 d’eau  douce pesant 1000 grammes  si l’équilibre est obtenu suite à un rajout de 400 grammes  la couronne mesure 400cm3. Un litre d’or pesant 19,3 kg, un volume V pèse V fois plus. Si Pd et V désignent respectivement le poids et le volume de la couronne : Pd = 19,3 x V  7,72 kg Le problème revient donc, pour vérifier, à trouver le Poids et le Volume, puis à s’assurer que la division du premier par le deuxième donne bien 19,3. Si la couronne avait pesée 5,2 kg pour 400cm3, alors d=13 et ce n’est pas de l’or pur. Principe : Tout corps plongé dans un fluide déplace un volume égal à son volume et reçoit une poussée verticale de bas en haut égale au poids du fluide déplacé

6 Le principe d’Archimède
Définition La notion de poids est remplacé sous l’eau par par celle de « poids apparent » qui est égal au poids de l’objet diminué de la « poussée » Poids apparent = poids réel - poussée Deux forces antagonistes (poids réel et poussée ) détermine l’équilibre des corps immergés. V = 2 l P = 1 kg Poids Apparent kg Poussée d’Archimède Poids réel V = volume P. = Poids réel 1 Il existe trois types de flottabilité : Le poids réel inférieur à la poussée, le corps immergé remonte, la flottabilité est positive, le poids apparent est négatif

7 Le principe d’Archimède
V = 2 l P = 2 kg P. P.A. équilibre 2 Le poids réel est égal à la poussée, le corps immergé reste en équilibre, la flottabilité est nulle, le poids apparent est nul. V = 2 l P = 3 kg P. P.A. Poids Apparent kg 3 Le poids réel est supérieur à la poussée, le corps immergé copule, le flottabilité est négative, le poids apparent est positif.

8 Le principe d’Archimède Densité moléculaire différente
La densité Volume identique La densité est le rapport de la masse d’un corps solide ou liquide à la masse d’eau pure (t° de 4°C) occupant le même volume Densité du fluide (d) Eau douce = 1 Eau de mer = de 1,01 à 1,04 (en salinité moyenne) Mer Baltique  1,01 à 1,02 Océan atlantique  1,034 Mer Méditerranée  1,037 Mer Rouge  1,04 Mer morte (-400m d=1,3) Densité moléculaire différente Ex: volume de 10 litres x 1,01 = poussée de 10,1 pour un autre fluide = 0,95 x V 10 l. = poussée de 9,50 On multiplie toujours le Volume par la densité V x d Poids apparent = Poids Réel – (Poussée d’Archimède x d)

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Application Exemple : 1 bloc de béton ( L = 0,80 m – l = 0,50m – h = 0,25m) de 260kgs (poids réel) Rechercher sa densité et son poids apparent dans l’eau de mer d = 1,02 Volume du bloc = 0,80 x 0,50 x 0,25 = 0,100 m3 ou…..100 litres Densité (d) = Poids Réel….260 kg / volume….10 litres = d 2,6 Le bloc déplace 100 litres d’eau de mer et reçoit une poussée de : 100 x (d) 1,02 = 102 kg Son poids apparent est : 260 – 102 = 158 kg

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Conséquences et application à la plongée Le plongeur immergé reçoit lui aussi une poussé égale au poids du volume de fluide (d’eau douce ou salée) déplacé. Cette poussée diminue d’autant son propre poids et celui de son équipement. En effet, le corps est protégé contre le froid par un vêtement isothermique qui lui assure la flottabilité d’une bouée, ce qui nécessite le port d’une ceinture de lest. Arrivé à l’équilibre, le plongeur peut s’affranchir plus facilement de sa condition de corps flottant et peut évoluer sans faire trop de mouvements…en apesanteur. On notera également Le poumon ballast Le canard Le phoque Le mannequin Le parachute ascensionnel – le gilet ….les glaçons dans le pastis FIN