Comprendre le principe d'Archimède :définition, formule et applications réelles

Archimède a découvert le principe de flottabilité, utilisé dans diverses applications, notamment dans les navires. Cela leur permet de flotter lorsque le poids de l’eau déplacée est égal au poids du navire. Tout ce qui est conçu pour déplacer son propre poids d'eau avant d'atteindre le point où il sera submergé flottera sûrement.

Aujourd'hui, vous découvrirez la définition, les applications, la formule, la dérivation, les expériences, l'exemple et le calcul du principe d'Archimède.

Commençons !

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Le principe d’Archimède traite des forces appliquées à un objet par les fluides qui l’entourent. Cette force appliquée réduit le poids net de l'objet immergé dans un fluide. Ce principe peut également être considéré comme la loi physique de la flottabilité, qui nous aide à comprendre comment les navires flottent sur l'eau.

En d’autres termes, tout objet, totalement ou partiellement immergé dans un fluide ou un liquide, est soutenu par une force égale au poids du fluide déplacé par l’objet. Dans ce cas, le principe d'Archimède permet de calculer la flottabilité de tout objet flottant partiellement ou totalement immergé dans un fluide.

La force exercée vers le bas sur l’objet est ce que nous appelons le poids. La force ascendante ou flottante exercée sur l’objet est ce qu’énonce le principe d’Archimède. Ainsi, la force nette exercée sur l'objet est la différence entre les amplitudes de la force de poussée et son poids.

Si cette force nette est négative, l’objet coule sûrement, et si elle est positive, l’objet monte. Si le poids de l’objet est nul, l’objet a une flottabilité neutre ; c'est-à-dire qu'il reste en place sans couler ni monter.

En termes simples, le principe d’Archimède stipule que lorsqu’un corps est complètement ou partiellement immergé dans un fluide, il subit une perte apparente de poids. Ce poids est égal au poids du fluide déplacé par la partie immergée du corps.

Ce principe peut être énoncé comme la force de flottabilité ascendante exercée sur un corps immergé dans un fluide, qu'il soit partiellement ou totalement immergé, est égale au poids du fluide que le corps déplace et agit vers le haut au centre de masse du fluide déplacé.

Applications du principe d'Archimède

Ci-dessous l'application du principe d'Archimède dans divers domaines :

Sous-marin :

Les applications d'Archimède dans les sous-marins sont si courantes en raison de leur relation avec la mer. Ils ont pu rester sous l’eau grâce à un composant appelé réservoir de ballast, qui permet à l’eau de s’y écouler. Cela place le sous-marin dans sa position sous l'eau, car le poids est supérieur à la force de flottaison.

Aréomètre :

Pour mesurer la densité relative des liquides, un densimètre est un instrument utilisé. Il est constitué d'une grenaille de plomb qui les fait flotter verticalement sur le liquide. Lorsque l'hydromètre descend plus bas, la densité du liquide sera moindre.

Montgolfière :

Les montgolfières sont capables de flotter dans les airs car la force de poussée de la montgolfière est inférieure à celle de l'air ambiant. Ainsi, le ballon descendra lorsque la force de flottabilité sera plus grande. Ceci est réalisé en faisant varier la quantité d'air chaud dans le ballon.

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La formule du principe d'Archimède

Comme indiqué précédemment, la loi d’Archimède stipule que la force de poussée exercée sur un objet est égale au poids du fluide déplacé par l’objet. Il s'écrit mathématiquement comme

• Fb =ρ x g x V, où
• Fb est la force de flottabilité
• P est la densité d'un fluide
• V est le volume immergé
• g est l'accélération due à la gravité.

Dérivation du principe d'Archimède

• La masse du liquide déplacé est de.
• Masse =Densité × Volume =ρ × V
• En effet, la densité (ρ) est définie comme
• Densité, ρ =Masse/Volume =MV
• Ainsi, le poids de ce liquide déplacé est
• Poids =Masse × Accélération due à la gravité
• W =M × g =ρ × V × g
• Ainsi, à partir du principe d'Archimède, on peut écrire
• La perte apparente de poids =poids de l'eau déplacée =ρ×V×g
• Ainsi, la force de poussée est,
• Poussée =ρ × V × g

Où :

• ρ est la densité du liquide
• V est le volume de liquide déplacé

La force de poussée est également connue sous le nom de force de poussée car elle est responsable du flottement des objets. Ainsi, cette équation est également appelée loi de la flottabilité.

Exemples résolus du principe d'Archimède

T1. Calculez la force résultante si une bille d'acier d'un rayon de 6 cm est immergée dans l'eau.

• Réponse :Étant donné,
• Rayon de la bille d'acier =6 cm =0,06 m
• Volume de la bille d'acier, V =4/3πr³
• V =43π(0,063)
• ∴V =9,05 × 10 m³
• Densité de l'eau, ρ =1 000 kg.m⁻³
• Accélération due à la gravité, g =9,8 m/s²-
• Formule tirée du principe d'Archimède
• Fb =ρ × g × V
• Fb =(1 000 kg.m⁻³) (9,8 m.s⁻²) (9,05 × 10 m³)
• ∴ Fb =8,87 N

Q2. Calculez la force de flottabilité si un corps flottant est immergé à 95 % dans l’eau. La densité de l'eau est de 1000 kg/m³.

Réponse :Étant donné,

• Densité de l'eau, p =1 000 kg.m-3
• formule tirée du principe d'Archimède
• Fb =ρ × g × V
  ou
• Vb × ρb × g =ρ × g × V

Où :

• ρ, g et V sont la densité, l'accélération due à la gravité et le volume de l'eau
• Vb, ρb et g sont le volume, la densité et l'accélération dus à la gravité du corps immergé
• Réorganiser l'équation
• ρb=VρVb
• Puisque 95 % du corps est immergé,
• 0,95 × Vb =V
• ∴ ρb =950 kg.m⁻³

Vous devriez également voir la flottabilité, sa formule, des exemples et des applications avec ce guide !

Conclusion

Le principe d’Archimède traite des forces appliquées à un objet par les fluides qui l’entourent. Cette force appliquée réduit le poids net de l'objet immergé dans un fluide. Ce principe peut également être considéré comme la loi physique de la flottabilité, qui nous aide à comprendre comment les navires flottent sur l'eau.