La flottabilité N4 - Explo Challans Plongée

La flottabilité N4
Objectif : A la suite de cette séance vous êtes capable d’expliquer la notion de flottabilité en eau
douce comme en eau salée, en vous aidant d’exemples chiffrés tirés de votre vécu de plongeur
.
Quantité de matière
+
Attraction terrestre
Plan :
Révisions N2
1) Observation, vécu
2) Le principe d’Archimède
3) Flottabilité
4) Le poids apparent
5) Exercices
Cours N4
1) La densité.
2) Démonstration
3) Formules.
4) Exercices
5) Applications à la plongée.
6) Bibliographie
1) Observation, Vécu
Pourquoi certains objets coulent et d’autres flottent ?
Pourquoi met-on une ceinture de plomb en plongée ?
Pourquoi est-on plus lourd au fond ?
Toutes ces questions démontrent qu’il y a une relation entre le poids et le volume d’un corps pour
son équilibre dans l’eau
Conséquences :
La flottabilité diminue si la profondeur augmente (diminution du volume de la combinaison)
La flottabilité augmente en cours de la plongée, par consommation de l’air contenu dans la bouteille
(le poids réel diminue)
2)La poussée d’Archimède :
Tout corps plongé dans l’eau reçoit, de la part de celle-ci une poussée verticale, dirigée de bas en
haut, égale au poids du volume d’eau déplacé, et s’exerçant au centre de gravité du fluide déplacé.
3)Flottabilité :
Dans l’eau, certains corps flottent, d’autres coulent ou reste entre deux eaux.
Les corps ont donc une flottabilité différente selon leur nature.
Lorsqu’un corps remonte, il a une flottabilité positive
Lorsqu’un corps coule, il a une flottabilité négative.
Lorsqu’un corps flotte entre deux eaux, il a une flottabilité nulle.
4 Le poids apparent :
Tout dépend de deux facteurs :
Le poids et le volume
1
De son volume, dépendra la poussée d’Archimède
De son poids réel, dépendra son poids apparent.
Poids apparent et poids réel
Vous avez déjà remarqué qu’une bouteille de plongée est lourde quand on l’a sur le dos, et devient
beaucoup plus légère lorsque l’on s’immerge.
La bouteille paraît avoir un autre poids que l’on va appeler le poids apparent par opposition au
poids réel.
Le poids apparent est plus faible que le poids réel, la différence entre les deux est la poussée
d’Archimède.
Application à la plongée :
Le poids apparent.
On définit le poids apparent comme la différence :
Poids apparent = poids réel – poussée d’Archimède
Un objet de poids apparent
-
positif : coule
négatif : remonte (et flottera)
nul : se maintien entre deux eaux
Définitions :
Poids réel : c’est le poids de l’objet en kg
Poussée d’Archimède : poussée d’Archimède en volume litre, 1 litre = 1dm3
Poids apparent : poids réel – poussée d’Archimède
5) Exercices :
poids
Volume
Poussée d’Archimède Poids apparent Etat du corps
flottabilité Lestage
500g
70 kg
80 kg
60 kg
95 kg
1 litre
75 litres
70 litres
60 litres
102 litres
↑ de 1 dm3
↑ de 75 dm3
↑ de 70 dm3
↑ de 60 dm3
positive
Positive
Négative
Nulle
-0,5 kg
-5 kg
10 kg
0
Il flotte
Il flotte
Il coule
Entre deux eaux
Exercice :
Un plongeur plus son équipement= 95kg
Son volume est de 102 litres
De combien de lestage aura t-il besoin pour avoir une flottabilité nulle ?
2
La densité dans la flottabilité N4.
La densité :
La densité est le poids par litre.
Un litre de plume est plus léger q’un litre de plomb.
Le plomb est plus dense que la plume.
Un litre d’eau de mer est plus lourd qu’un litre d’eau douce.
Etudions le comportement d’un plongeur équipé en eau douce et en eau de mer.
Ce plongeur d’un poids égal à 95 kg tout équipé, il est équilibré en eau de mer avec 5 kg de lest et les
volumes suivant :
Plongeur et lest 80l, bloc 12l, combinaison 6l, gilet 4l, Total 102 litres.
En eau de mer en équilibre
102 L x 1,03 densité= 105
En eau douce en équilibre
102 L x 1 densité
Pour ce plongeur la différence de lestage entre l’eau de mer et l’eau douce sera de 4kg
Exercice :
Reprendre les mêmes données que précédemment mais la plongée est dans de l’eau de mer de
densité 1,03.
Poids
Densité de
masse
L’objet
Volume
Densité de
Poussée d’Archimède
L’eau
Volume x densité de l’eau
Poids apparent
97 kg
102 litres
1kg/l
(102 x 1) = 102
97 –102= -5
97 kg
102 litres
1,03kg/l
(102 x 1,03) = 105,06
97 –105,06= -8,06
Conclusion :
Par rapport à la plongée en eau douce le poids apparent est de : 10,06kg, soit une différence de 3 kg
par rapport à la plongée en eau douce
3
1)Formules :
Densité : masse en kg
Volume en dm3
Masse (poids réel) = volume x densité
Poussée d’Archimède : volume de l’objet x densité de l’eau
Le poids apparent : (volume de l’objet x densité) – (volume de l’objet x densité de l’eau)
Le poids apparent : volume de l’objet x (densité de l’objet- densité de l’eau)
4)EXERCICES :
Exercice1 :
j’ai 2,5 kg de plume, quel sera son volume et son poids apparent dans de l’eau douce (densité = 1),
sachant qu’un dm3 de plume pèse 110g /dm3 ?
Exercice 2 :
J’ai 2dm3 de plomb, quel sera son poids apparent dans de l’eau douce ( densité = 1), en sachant que
la densité du plomb est de 11,3 kg/dm3
Même exercice mais dans de l’eau de mer (densité = 1,03).
Exercice 3 :
Quel est le poids apparent d’un kg de plomb dans une eau de densité égale à 1kg/dm3
Même question avec une eau de densité égale à 1,03 kg/dm3
Densité du plomb = 11,3 kg/dm3.
Ex :1
Poids
masse
Densité
objet
2,5 kg
0,110kg
Volume
Densité
De l’eau
Ex :2
11,3kg/dm3
2dm3
1kg/dm3
Ex :2
bis
11,3kg/dm3
2dm3
1,03kg/dm3
Poussée d’Archimède
Poids apparent
lestage
Ex :3
Ex :4
Ex :5
4
Exercice 4:
Un boîtier étanche de 5 dm3 a un poids apparent nul en lac(d=1)
Quel lestage devra t’on introduire à l’intérieur pour lui donner le même poids apparent en mer (d=
1,03) ?
Exercice 5:
Un photographe subaquatique dispose :
- un caisson de poids 1,5 kg et de volume de 3,5dm3
- un appareil photo de 0,6 kg
- des plombs d’un kg et de 0,5 kg.
Il plonge en mer morte dans une eau salée de densité 1,3. Il veut régler le poids apparent de son
appareil légèrement positif en mettant des plombs à l’intérieur du caisson.
Combien devra t’il en mettre ?
Exercice 6 :
Le volume d’un objet indéformable est égal à 6,4 dm3. sa masse réelle est égale à 6500g.
Immergé dans de l’eau douce, quel est son poids apparent et que fait-il ?
Même question dans de l’eau de mer.
3)Applications à la plongée :
Poumons – ballast :
La flottabilité du plongeur dépend si ses poumons sont pleins ou pas. Si ce plongeur vide
complètement ses poumons il coule.
C’est une application du principe d’Archimède.
En vidant ses poumons, il diminue son volume total ; il diminue donc la poussée d’Archimède,
Augmente son poids apparent et coule.
Lestage :
Il doit être calculé de la manière suivante :
Les paliers se font la plupart du temps à 3m. Il faut qu’en fin de plongée, la bouteille étant presque
vide, sa flottabilité soit nulle à 3m.
Il faut donc partir légèrement trop lourd en début de plongée. Son équilibrage à 3m sera ensuite
peaufiné à l’aide de ses poumons. ( voir application avec la bouteille).
Bouée de remontée (stab).
Lorsqu’un plongeur gonfle sa bouée, il augmente son volume sans augmenter son poids réel. La
poussée d’Archimède augmente beaucoup et le plongeur remonte.
Mais l’utilisation principale de la bouée est de s’assurer une flottabilité nulle à n’importe quelle
profondeur.
5
Parachute de relevage :
Si l’on veut remonter un objet lourd du fond, il vaut mieux demander à Archimède de nous aider
plutôt que de nous risquer un essoufflement.
On augmente donc le volume de l’objet sans augmenter son poids.
La bouteille :
Au cours de la plongée on vide le contenu de notre bouteille.
L’air à un poids : En surface et à zéro° un litre d’air pèse 1,293 g
200 bar – 50 bar = 150bar x 12 litres =1800 litres x 1,293g = 2327,4 g donc 2,3 kg de poids réel
C’est pour cela qu’il est préférable d’ajuster son lestage à -3m et en fin de plongée.
La combinaison et notre corps:
Au cours de la plongée , plus on descends, plus le néoprène de notre combinaison ainsi que notre
corps sont compressés :
notre volume diminue, donc notre poids réel augmente. Attention de ne pas perdre la ceinture de
plombs.
Le prochain cours sera sur Mariotte.
6)
Bibliographie :
Guide de préparation au n4 de Paul Villevielle
Le tour de la plongée en 80 problèmes de Roger Aubert et Pierre Joinville
http://perso.wanadoo.fr/joel.talon
Code Vagnon Plongée N2 de Denis Jean
Théorie de la plongée de F Bernier et g Bidault.
Enseigner et organiser la plongée de PH Molle. Editions Amphora.
6