chap4bis-poussee_d_archimede_tp

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2S TP-cours Physique
Chap4bis : Interactions entre objets : poussée d’Archimède et corps flottants
1. OBJECTIF
 Définir la masse volumique et la densité d’un corps.
 Comprendre la poussée d’Archimède.
 Appliquer les résultats précédents à l’étude des corps flottants.
2. MATERIEL NECESSAIRE : voir sur place
3. MASSE VOLUMIQUE ET DENSITÉ
a) Masse volumique (
ou )
a.1) Définition
La masse volumique (prononcer « ro ») ou (prononcer « müh ») d’un corps est égale au quotient de la …………………..… m
de ce corps par son ……………………….. V :
corps
V
corps
corps
m
a.2) Unités Exo1 : trouver l’unité légale des masses volumiques :
Compléter :
3
g
1cm
= ………. = ……….. = ………..
L
g
= ………
L
kg
= ……….. = ……….. = ………….
3
kg
m
a.3) Détermination de  (TP- partie 1)
 Liquides et solides
Vous disposez d’une balance, d’éprouvettes graduées et d’eau… pour déterminer les masses volumiques de différents corps.
Schématiser les expériences qui vous permettent de compléter le tableau suivant :
Schémas :
Résultats :
Corps
eau
huile
caoutchouc
bois
métal 1
métal 2
métal 3
caillou
Masse (g)
Volume (L)
Masse
volumique (g/L)
Nature métaux inconnus 1, 2 et 3 et du caillou
Trouver la nature des métaux 1, 2 et 3 et du caillou à l’aide de Wikipédia : http://fr.wikipedia.org/wiki/Masse_volumique

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 Application aux gaz
Il n’est pas facile de mesurer la masse d’un gaz pour déterminer sa masse volumique mais on peut la calculer à partir de données
chimiques.
Exo2 :
* Ecrire la relation entre la masse m d’une substance, sa
masse molaire M et le nombre de mol n de cette
substance :
* Ecrire la relation entre le volume V d’un gaz, son
volume molaire Vm et le nombre de mol n de ce gaz :
* En déduire une relation entre la masse volumique d’un
gaz, sa masse molaire et son volume molaire :
* Calculer les masses volumiques du dihydrogène, du dioxygène, du diazote, du dioxyde de carbone et de l’air (tableau).
Données :
Masses molaires en g/mol : M(H) = 1,0 / M(C) = 12,0 / M(O) = 16,0 / M(N) = 14,0 et volume molaire à 20°C : Vm = 24,5 L/mol
gaz
H2
O2
N2
CO2
air
Masse volumique (g/L)
b) Densité (d)
b.1) Définition
La densité d d’un corps est égale au quotient de la …………………..…………..…………. de ce corps par la
……………………………………………… d’un autre corps pris comme référence :
ref
corps
corps
d
b.2) Unité : trouver l’unité légale des densités :
Rem : la densité n’est donc pas la même chose que la masse volumique même si toutes les deux caractérisent une réalité
physique très proche (et même s’il n’y a qu’un seul mot utilisé en allemand : Dichte).
b.3) Corps de référence
 Pour les solides et les liquides, le corps de référence est l’……………………. :
ref = eau = ………… g/L
 Pour les gaz, le corps de référence est l’…………….. :
ref = air = ………… g/L
b.4) Applications
Exo3 : calculer la densité des différents corps de la partie a.3) et classer les résultats sur les axes ci-dessous :
d
(solides ou
liquides)
d
(gaz)
1,1
11,9
19,3
eau
salée
plomb
or
0,17
2,4
hélium
butane

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4. POUSSÉE D’ARCHIMEDE DANS LES FLUIDES
a) Les fluides
a.1) Définition
Un fluide est une substance capable de s’……………………………… et de
prendre la forme du récipient qui le contient.
a.2) Exemples :
Exo4 : dire si les substances contenues dans leurs récipients sont des fluides ou non (OUI ou NON) :
Remarques :
* Dans les gaz, les atomes (ou molécules) se
déplacent librement les uns par rapport aux
autres.
* Dans les liquides, les atomes (ou molécules)
glissent facilement les uns sur les autres.
* Les particules d’un solide en poudre peuvent
plus ou moins facilement glisser les unes sur les
autres.
hélium dans ballon
fer dans assiette
café dans tasse
sable dans sablier
Conclusion : les ………………… et les ……………………… sont des vrais fluides, mais les ………………………………………
peuvent se comporter comme des fluides dans certaines conditions.
b) La poussée d’Archimède
b.1) Direction et sens
* Dans les deux situations suivantes, reconnaître le fluide et trouver la direction et le sens du mouvement du ballon lorsqu’on les lâche.
fluide :
* Quelles sont les forces exercées sur les ballons une fois lâchés ?
* Représenter ces forces.
* Conclusion : entourer les bonnes réponses : la poussée d’Archimède est une force qui s’exerce amicalement / horizontalement
/ verticalement / franco-allemand de travers / bas en haut / bonne humeur
Piscine

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b.2) Intensité (TP- partie 2)
* Réaliser l’expérience ci-dessous et compléter le tableau :
Poids réel du corps
(dans l’air)
Observations :
Poids apparent du corps
(dans l’eau)
Preél =
Interprétation :
Papparent =
* Quelles sont les forces exercées sur le corps dans les 3 cas : représenter ces forces dans les cas 1 et 3.
* On suppose que l’intensité de la force exercée sur le dynamomètre est égale à l’intensité de la force exercée par le fil sur le corps.
* Ecrire la condition d’équilibre du corps :
* Conclusion : trouver une relation entre la poussée d’Archimède A, le poids
réel et le poids apparent :
……….………….……………………
* Application : donner la valeur de
la poussée d’Archimède dans
l’expérience ci-dessus :
A = …………………………
b.3) Formule de l’intensité
* Refaire l’expérience précédente en notant précisément les volumes initial et final de l’eau dans l’éprouvette graduée :
Vinitial = ………………………… Vfinal = …………………………
* En déduire la masse de fluide déplacée au cours de l’expérience en kg : mfluide déplacé = …………………………
* Calculer le poids du fluide déplacé au cours de l’expérience : Pfluide déplacé = …………………………
* Conclusion : à quoi correspond l’intensité de la poussée d’Archimède ?
Trouver une relation entre A,
fluide, Vcorps et g (= 9,8 N/kg).
b.4) Point d’application
Exo5 : entourer les bonnes réponses : « La poussée d’Archimède est une force : répartie / localisée / intergalactique ;
son point d’application est appelé : centre de gravité / centre de l’univers / centre du référentiel / centre de poussée ;
Il peut être pris comme : le centre de gravité du fluide / le centre de gravité du fluide déplacé / le centre de gravité du corps ».
dynamomètre
corps
éprouvette
graduée
eau
eau

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Dans chaque cas,
* Dessiner le centre de gravité G des corps supposés homogènes
(sauf le cas 3 où il est déjà dessiné pour un corps non homogène).
* Hachurer le volume de fluide déplacé.
* Représenter approximativement le point d’application de la
poussée d’Archimède que l’on notera C.
* Entourer les bonnes réponses :
« Le point d’application de la poussée d’Archimède C correspond au centre de gravité G d’un corps non homogène / homogène /
mouillé totalement immergé (dans l’eau) / émergé (hors de l’eau) / énervé (hors de lui !) ; Ce n’est plus vrai pour un corps
non homogène / homogène / déprimé ou immergé (dans l’eau) / émergé (hors de l’eau) / flottant (une partie dans l’eau) ».
* A votre avis quels sont les cas (1,2,3,4, ou 5) où le corps ne peut jamais se renverser (équilibre stable) ? Pourquoi ?
b.5) Récapitulatif Poussée d’Archimède : force exercée par ………………………… sur ……………………
Point d’application : le centre de poussée / de gravité du solide. Direction : la verticale / l’horizontale / la diagonale.
Sens : vers le haut / vers le bas / ça dépend.
Intensité (Norme du vecteur) : poids du fluide déplacé
A = 
avec A : poussée d’Archimède en …….. ,
fluide = masse volumique du fluide en …………..
Vcorps immergé = volume de la partie immergée (sous l’eau) du solide en …………..
et g : intensité de la pesanteur g = 9,8 N / kg
5. FLOTTAISON D’UN OBJET DANS UN FLUIDE
a) Equilibre de flottaison
G = centre de gravité et C = centre de poussée
* Système {……………………….}
* Forces appliquées : ………………………………
* Représenter les forces.
* Ecrire la condition d’équilibre du bateau :
……………………………………………………………
Conclusion :
pour tout objet qui flotte : …………………………..
b) Corps totalement immergés
G = C dans ce cas là.
* Système {sphère homogène}
* Forces appliquées : ………………………………
* Représenter les forces.
* Que se passe-t-il :
Si A = P : l’objet reste ………………………………… dans le fluide.
Si A < P : l’objet …………………………………… Il coule.
Si A > P : l’objet …………………………………… Il flotte.
G
1
3
4
5
2
eau
Liquide déplacé
G
C
fluide
Fluide
déplacé
C
G