2-09 TP9 Poussée d`Archimède

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TP 9 : Poussée d’archimède
Compétence(s)
Élaborer une stratégie pour répondre à une problématique
En 250 avant JC, le roi Hiéron de Syracuse commanda une couronne en
or pour l’offrir aux Dieux. Il donna à l’orfèvre la masse d’or nécessaire à
la fabrication. La couronne réalisée était superbe elle fut pesée, sa masse
était identique à celle de l’or donne.
Pourtant le roi avait un doute, la couronne ne semblait pas faite d’or
pure. Il demanda à Archimède de s’en assurer mais sans détruire
l’ouvrage donc sans le fondre ni le scier.
Comme ses contemporains, Archimède était amateur de bains, en se
plongeant dans une baignoire pleine il constata que celle-ci débordait. Il
avait trouvé la solution. Il sauta hors de son bain et courut tout nu dans
les rues pour annoncer sa découverte, il allait pouvoir mesurer le volume
de la couronne et celui de l’or donné.
La couronne avait un volume supérieur à celui de l’or donné (mais la
même masse), elle contenait donc un autre métal moins dense que l’or.
Énoncé de la loi
La poussée (force) exercée sur un objet plongé dans un fluide est
égale au poids du volume de fluide qu’il déplace.
Donc la poussée d’Archimède dépend du volume de l’objet et non de son
poids.
Objectif
Vérifier expérimentalement cette loi
Document 1 : Grandeurs impliquées dans la poussée
d’Archimède
• Le volume de fluide déplacé par l’objet est le volume de l’objet
immergé (en rouge sur le schéma)
• Le poids d’un corps de masse m vaut P = m·g (3
ème
). g est l’intensité de
la pesanteur (9,8 N·kg
-1
)
• La masse volumique de l’eau est de 1,0 g·mL
-1
.
Matériel disponible
• Un bécher de 100 mL.
• Un grand bac pouvant contenir de l’eau
• Des lests (morceaux de plomb
• Une balance qui puisse également mesurer la masse d’un objet
suspendu.
Donnée
Le volume du verre constituant le bécher est d’environ 19 mL pour un
bécher d’une contenance de 100 mL. Cette valeur est à vérifier en se
servant du fait que la densité du verre est d’environ 2,5.
Travail demandé
• Décrire une expérience qui va vous permettre de vérifier l’expression
de la poussée d’Archimède.
Le bécher est lesté par un orceau de plomb, bien centré pour que le
bécher flotte verticalement dans l’eau._________________________
En s’aidant de la graduation du bécher et connaissant le volume du
verre qui le constitue, on estime le volume d’eau déplacée, puis sa
masse, puis son poids._______________________________________
D’autre part, lorsque le bécher flotte, c’est que son poids est
compensé par la poussée d’Archimède. En pesant le bécher (avec
son lest), on peut en déduire la poussée d’Archimède qu’il subit. ___
On verifie ensuite que ces deux grandeurs sont égales.____________
• Réaliser cette expérience.
Résultats
Résumez vos mesures et vos calculs.
Le bécher flotte jusqu’à la graduation 85 mL environ. Il est presque
entièrement dans l’eau. On peu estimer le volume de verre imergé à
90 % du verre qui le constitue, soit environ 17 mL. Le volume d’eau
déplacé est donc de 85 + 17 = 102 mL, soit 102 g, soit un poids de
1,00 N. ___________________________________________________
La masse du bécher et de son lest est d’environ 106 g, soit un poid de
1,05 N. ___________________________________________________
On voit que les deux valeurs sont quasiment les mêmes. Comme la
mesure du volume d’eau déplacée a été relativement peu précise, on
peut en conclure que l’énoncé de la poussée d’Archimède est vérifié.
Pour aller plus loin...
En observant le schéma ci-dessous, expliquer comment Archimède a
procédé pour déterminer précisément le volume de la couronne utilisé.
Avec la même méthode, déterminer la densité du morceau de plomb
utilisé comme lest. Est-ce vraiment du plomb pur ?
Eau
Objet