Poussée d'Archimède – laboratoire et formes

Ce qu’elle montre

La poussée d'Archimède fait partie du thème masse volumique et pression. Les élèves vérifient que la poussée est égale au poids du liquide déplacé par l'objet, remarquent que la position d'équilibre d'un objet qui flotte ne dépend pas de la pesanteur et étendent la notion de volume immergé à des objets de forme quelconque.

Mode d’emploi

L'écran Laboratoire permet de régler en continu la masse volumique du liquide (300–3000 kg/m³) et la pesanteur (1–25 m/s², avec des boutons rapides Lune/Terre/Jupiter), ainsi que la masse et le volume d'un pavé ; un bécher à côté de la cuve montre exactement le volume de liquide déplacé par le pavé, ce qui vérifie directement la formule F_A = d·g·V_sub. L'écran Formes permet de choisir un pavé, une sphère, un cône, une bouteille ou un bateau de même volume et calcule le volume immergé en intégrant numériquement l'aire de la section sur la hauteur — le graphique de section associé ombre exactement la partie "intégrée" jusqu'à la profondeur actuelle. L'écran Explorer comporte une balance sous toute la cuve (elle indique la masse de l'eau plus celle de l'objet tant que l'objet est dans l'eau) et une sonde de pression que l'on fait glisser à différentes profondeurs pour mesurer p = d·g·h. Pour un pavé de bois de 5 litres et de 800 kg/m³ dans l'eau, qu'il s'agisse d'un pavé ou d'une sphère, le volume immergé à l'équilibre vaut exactement 4 litres, car il ne dépend que de la masse de l'objet et de la masse volumique du liquide — passer à la pesanteur lunaire (1,6 m/s²) ne change pas ce volume immergé ; cela diminue seulement la poussée et le poids dans la même proportion.

Paramètres modifiables

• Écran de départ Laboratoire, Formes, Explorer
• Masse volumique du liquide (écran Laboratoire) 300–3000 kg/m³
• Pesanteur g (écran Laboratoire) 1–25 m/s²
• Masse du pavé (écran Laboratoire) 0,5–20 kg
• Volume du pavé (écran Laboratoire) 1–10 L
• Forme (écran Formes) Pavé, Sphère, Cône, Bouteille, Bateau
• Matériau (écrans Formes et Explorer) Mousse (150 kg/m³), Bois (800 kg/m³), Glace (920 kg/m³), PVC (1380 kg/m³), Brique (2000 kg/m³), Aluminium (2700 kg/m³), Fer (7800 kg/m³), Personnalisé
• Masse volumique personnalisée 100–12000 kg/m³
• Volume (écran Formes) 1–10 L
• Afficher le graphique de section (écran Formes)
• Liquide (écrans Formes et Explorer) Essence (700 kg/m³), Huile alimentaire (920 kg/m³), Eau (1000 kg/m³), Eau de mer (1030 kg/m³), Miel (1420 kg/m³), Mercure (13600 kg/m³)
• Volume (écran Explorer) 1–10 L

Questions à explorer

1. Pourquoi un pavé de bois qui flotte ne s'enfonce-t-il pas davantage quand on passe de la Terre à la Lune ?
2. Un pavé et une sphère ont la même masse et flottent tous deux dans le même liquide. Leurs volumes immergés sont-ils égaux ? Pourquoi ?
3. Quand on sort complètement de l'eau un bloc de fer qui avait coulé, comment l'indication de la balance sous la cuve change-t-elle ?