Objets qui coulent : poids par rapport à la force de flottabilité maximale
1 · Prédire
Un lest en métal tombe dans l’eau et vient se poser au fond, entièrement immergé. Une fois qu'il est complètement immergé, le rendre plus lourd change-t-il son degré d'immersion ?
- Un plomb plus lourd submerge encore plus (plus de 100%).
- Il est déjà complètement submergé (100%), donc plus de masse ne peut pas le submerger davantage.
- Un plomb plus lourd plonge moins car il tombe plus vite.
2 · Configurer
- Ouvrez le préréglage du puits de fluide et appuyez sur Réinitialiser. Le lest tombe dans l’eau et vient se poser sur le fond du réservoir.
- Activez la sonde à fraction immergée sur le lest.
- Réglez la masse du plomb pour chaque essai, laissez-le se déposer et enregistrez sa fraction immergée.
3 · Collecter les Données
| Masse du plomb m (kg) | Poids mg (N) | Fraction immergée |
|---|---|---|
| 3.00 | ||
| 4.00 | ||
| 5.00 |
Tracez la fraction immergée (axe y) par rapport au poids (axe x) pour vos trois essais.
4 · Analyser
- Calculez le volume total du plomb à partir de son rayon (0.4 m) et de la force de poussée maximale possible ρ·g·V_full en utilisant la densité de l'eau 1000 kg/m³. Comparez-le au poids de chaque essai.
- Expliquez pourquoi la fraction immergée reste plafonnée à 1.0 (100%) une fois que le poids dépasse la force de poussée maximale, quel que soit le poids du plomb.
5 · Approfondir
- La force de poussée maximale de ce plomb est d'environ 24.6 N — toute masse inférieure à environ 2.5 kg flotterait à la place. Comparez cela à l’expérience fluide-flotteur : qu’est-ce qui détermine si un objet flotte ou coule ?
- L'eau de mer est plus dense que l'eau douce. Un plomb qui s'immerge complètement dans l'eau douce serait-il nécessairement entièrement immergé dans l'eau de mer ? Expliquez en utilisant la formule de la force de poussée.
La physique derrière cette expérience
Principe d'Archimède (au maximum)
La plus grande force de poussée qu'un objet puisse jamais recevoir est ρ·g·V_full — le poids du fluide qu'il déplacerait s'il était entièrement immergé. Une fois que le poids d'un objet dépasse ce plafond, il coule et reste complètement immergé ; ajouter plus de masse ne peut pas le submerger davantage car il déplace déjà tout son volume.