2nde www.pichegru.net 2016 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. Travail demandé 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. Le bécher est lesté par un orceau de plomb, bien centré pour que le bécher flotte verticalement dans l’eau. _________________________ • Décrire une expérience qui va vous permettre de vérifier l’expression de la poussée d’Archimède. 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._______________________________________ 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. 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... 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. En observant le schéma ci-dessous, expliquer comment Archimède a procédé pour déterminer précisément le volume de la couronne utilisé. 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 Avec la même méthode, déterminer la densité du morceau de plomb utilisé comme lest. Est-ce vraiment du plomb pur ? Objet Eau • 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 (3ème). 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. 1