O flottabilité est la force agissant sur des objets partiellement ou complètement immergés dans fluides, comme l'air et l'eau. La poussée est ungrandeur de vecteurlà, mesurer en newtons, qui indique toujours le mêmedirection et dans le sensopposé au poids du corps immergé. Selon le principe d'Archimède, la force de flottabilité sur un corps a une magnitude égale à Poids du fluide qui a été déplacé en raison de l'immersion du corps.
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définition de la poussée
La poussée est un force qui survient lorsqu'un corps occupe de l'espace dans un fluide. Cette force dépend exclusivement de la volume de fluide déplacé, aussi bien que densité du fluide et gravité locale. Sur la base de ces informations, regardons la formule utilisée pour calculer le module de la force de flottabilité :
ET – poussée (N)
ré – densité du fluide (kg/m³)
V – volume corporel immergé ou volume de fluide déplacé (m³)
Avant d'aller plus loin avec quelques exemples de poussée, nous expliquerons chacun des
grandeurimpliqué dans le calcul de la poussée. Si vous souhaitez approfondir le sujet, nous vous suggérons de consulter notre texte sur Hydrostatique. Dans cet article, vous trouverez un aperçu de tout ce qui est le plus important pour ce domaine d'études en physique.Voirégalement: Tout ce que vous devez savoir sur les vagues
poussée (E)
la poussée est vecteur, donc, pour faire des calculs avec cette grandeur, il faut que nous appliquions le règles d'addition de vecteurs. De plus, parce qu'il s'agit d'un force, la résolution d'exercices plus complexes nécessite que, à terme, nous appliquions les La deuxième loi de Newton, qui prétend que la force nette sur un corps est égale au produit de sa masse et de son accélération.
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La figure suivante illustre un cas où un corps est complètement immergé dans un fluide, alors que le poids et la flottabilité agissent. dans la même direction (verticale), mais dans des directions opposées, la force résultante peut être calculée par la différence des deux:
Par le schéma présenté, il est possible de voir comment le solde flottant, c'est-à-dire qu'il est possible de savoir si un corps va couler ou rester à flot :
- Si le poids du corps est supérieur à la poussée exercée par le fluide, l'objet coulera ;
- Si le poids du corps est égal à la poussée exercée par le fluide, l'objet restera en équilibre ;
- Si le poids du corps est inférieur à la poussée exercée, l'objet flottera à la surface du fluide.
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Densité du fluide (d)
LES densité, ou masse spécifique du fluide, fait référence à la quantité de matière par unité de volume de fluide. La densité est un grandeurmontée, mesurée en kilogrammes par mètre cube (kg/m³), selon le Système de mesure international (SI).
Vérifiez la formule utilisée pour calculer la densité du corps ci-dessous :
A l'origine, la densité de tous les corps était mesurée en fonction de la densité de l'eau pure, de sorte que la densité de l'eau dans des conditions normales de pression et de température (1 atm et 25 °C) est définie dans 1 000 kg/m³.
Bien que nous utilisions des unités SI pour effectuer des calculs, il est courant que la densité des fluides est exprimé dans d'autres unités, donc, dans la figure ci-dessous, nous présentons un schéma qui relie à principales unités de mesure de la densité et les relations entre eux et l'unité standard :
Dans la figure observée, nous présentons les unités les plus courantes pour la densité du fluide, cependant, vous pouvez rencontrer d'autres unités, auquel cas, vous devez savoir comment utiliser le préfixes internationaux du système d'unitésainsi que d'effectuer conversions de volume.
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Gravité (g)
la gravité est la accélération que la masse terrestre exerce sur tous les corps qui sont autour de vous. Au niveau de la mer, le la gravité da Terra a une intensité de 9,81 m/s², cependant, la plupart des exercices utilisent cette mesure arrondi à 10 m/s², pensez à utiliser la gravité comme l'exige le libellé de la exercer.
Volume de fluide déplacé ou volume corporel (V)
L'ampleur du volume qui est contenu dans la formule de poussée est liée à la quantité de le volume corporel est noyé dans le fluide, ou pour volume de fluide déplacé. Le volume du corps en question doit être mesuré en mètres cubes (m³).
Le principe d'Archimede
Selon les spéculations, le Le principe d'Archimede a été développé quand, un jour, le mathématicien grec s'est rendu compte qu'en entrant dans sa baignoire pleine de l'eau, une grande quantité de liquide tombe de la baignoire - le même volume qui était occupé par votre corps. Après cette observation, Archimède a conclu que la masse et, par conséquent, le poids de l'eau qui tombait de la baignoire n'étaient pas égales à son poids et à sa masse et que cette différence expliquerait la pourquoi les corps flottent.
Il est alors précisé que :
« Lorsqu'un corps est inséré dans un fluide, une force de flottabilité verticale et ascendante s'exerce sur le corps. Cette force est égale au poids du fluide déplacé"
cas de fluctuation
Il est possible de comparer les densités du fluide et du corps immergé afin de prédire si ce corps va couler, flottera ou rester dans équilibre. Voyons ces situations :
→ corps qui coule: si l'objet immergé dans le fluide coule, on peut en conclure que son la densité est supérieure à la densité du fluide, de même, on dit que son poids est supérieur à la poussée exercée par le fluide.
→ Corps en équilibre: si un corps posé sur un fluide reste en équilibre, c'est-à-dire stationnaire, on peut dire que les densités corporelles et fluides sont égales, ainsi que son poids et sa poussée.
→ Corps flottant: lorsqu'un corps flotte, s'il est relâché dans un fluide, la poussée exercée sur lui est supérieure à son poids, on peut donc dire que le la densité de ce corps est inférieure à la densité du fluide où il se trouve.
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poids apparent
Vous avez probablement remarqué que certains corps semblent plus légers qu'ils ne le sont réellement s'ils sont placés dans l'eau. En effet, en immersion, en plus du poids, on a le flottabilité agissant. La différence entre ces deux forces est connue sous le nom de poids apparent.
Notez que si le poids et la poussée ont la même amplitude, le poids apparent du corps sera nul, c'est-à-dire que dans cette condition, c'est comme si l'objet n'avait aucun poids et donc, il sera arrêté sur le fluide.
Exemples de flottabilité
Découvrez quelques exemples de situations dans lesquelles il y a une performance expressive de la force de flottabilité :
- Parce qu'elle est moins dense que l'eau liquide, la glace a tendance à flotter;
- La vapeur d'eau et l'air chaud ont tendance à monter, car lorsqu'ils sont plus chauds, ils prennent plus de place, rendant leur densité inférieure à celle de l'air froid ;
- Les bulles de champagne sont constituées de gaz carbonique, qui est un gaz beaucoup moins dense que l'eau, donc quand on ouvre une bouteille de champagne, ces bulles sont violemment expulsées du liquide ;
- Les ballons de fête flottants le font en raison de la flottabilité de l'air atmosphérique, car ils sont remplis de gaz moins denses que le gaz atmosphérique, comme l'hélium.
exercices résolus
Question 1-(Enem 2011) Dans une expérience menée pour déterminer la densité de l'eau dans un lac, certains matériaux ont été utilisés selon illustré: un dynamomètre D avec une graduation de 0 N à 50 N et un cube massif et homogène de 10 cm d'arête et de 3 kg de masse. Initialement, l'étalonnage du dynamomètre a été vérifié, vérifiant une lecture de 30 N lorsque le cube était attaché au dynamomètre et suspendu dans l'air. En plongeant le cube dans l'eau du lac, jusqu'à ce que la moitié de son volume soit immergé, la lecture de 24 N a été enregistrée sur le dynamomètre.
Considérant que l'accélération de la pesanteur locale est de 10 m/s², la densité de l'eau du lac, en kg/m³, est :
a) 0,6
b) 1.2
c) 1,5
d) 2.4
e) 4.8
Résolution
Alternative b.
Tout d'abord, il faut se rendre compte que la différence de « poids » enregistrée sur le dynamomètre se réfère à la force de poussée exercée par l'eau du lac, qui, dans ce cas, était égale à 6 N. Après cela, nous pouvons appliquer la formule de flottabilité, en utilisant les données fournies par l'exercice, observer le calcul :
Pour faire le calcul ci-dessus, nous avons dû convertir le volume du cube, en centimètres cubes, en mètres cubes.
Question 2 -(Enem 2010) Lors des travaux de construction d'un club, un groupe d'ouvriers a dû retirer une sculpture massive en fer placée au fond d'une piscine vide. Cinq ouvriers ont attaché des cordes à la sculpture et ont essayé de la soulever, sans succès. Si la piscine est remplie d'eau, il sera plus facile pour les travailleurs de retirer la sculpture, car :
a) la sculpture flottera. De cette façon, les hommes n'auront pas besoin de forcer pour retirer la sculpture du bas.
b) la sculpture sera plus légère, de sorte que l'intensité de la force nécessaire pour soulever la sculpture sera moindre.
c) l'eau exercera une force sur la sculpture proportionnelle à sa masse, et vers le haut. Cette force s'ajoutera à la force que les ouvriers utilisent pour annuler l'action de la force de poids de la sculpture.
d) l'eau exercera une force descendante sur la sculpture et elle recevra une force ascendante du fond de la piscine. Cette force aidera à annuler l'action de la force du poids dans la sculpture.
e) l'eau exercera une force sur la sculpture proportionnelle à son volume, et vers le haut. Cette force s'ajoutera à la force exercée par les ouvriers et peut entraîner une force ascendante supérieure au poids de la sculpture.
Résolution
Alternative e. Lorsque la piscine est remplie d'eau, la flottabilité va agir sur elle, dans le sens vertical et vers le haut, elle sera donc « plus légère » et se retirera plus facilement du fond de la piscine.
Par Rafael Hellerbrock
Professeur de physique
