Certains théorèmes de mathématiques comme Pythagore ou Thalès ont révolutionné le monde. La physique-chimie a aussi ses légendes. On pense notamment à la relativité restreinte d’Einstein ou encore aux lois de Kepler sur le mouvement. Dans cet article, on te présente l’une d’entre elles : la poussée d’Archimède. Eh oui, celle-ci est essentielle dans de nombreux domaines ! On t’explique. ☺️
L’origine de la poussée d’Archimède 😲
Qui était Archimède ? 🤨
Avant de directement attaquer avec les choses sérieuses, on te propose de connaître un peu mieux la légende grecque derrière cet énoncé. Archimède est né en 287 avant JC à Syracuse et est mort en 212, encore une fois avant JC. 😅
Après avoir travaillé dans des domaines comme la physique, l’astronomie, les mathématiques ou encore l’ingénierie, il est considéré comme l’un des plus grands scientifiques de l’Antiquité. De plus, Archimède a participé à la protection de sa cité, puisque lors de la deuxième guerre punique, il a créé des armes pour protéger la ville de Syracuse. En bref, un homme sage, savant et dévoué. 🤩
L’histoire derrière la poussée d’Archimède 😁
La poussée d’Archimède n’est pas apparue par hasard ! Eh non, pour la développer, Archimède a dû régler un problème de taille à l’époque. On t’explique.
A l’époque, le roi Hiéron II avait demandé à ce qu’on lui fasse une couronne. Une fois celle-ci faite, il a demandé à Archimède de vérifier qu’elle soit bien en or pur. Mais attention ! Pour vérifier cela, il avait deux contraintes ! 👑
👉 Lorsqu’il vérifiait, il ne devait pas dégrader l’objet ni l’endommager.
👉 La vérification devait être assez précise pour déterminer si un autre élément avait été utilisé, et ce, dans quelle quantité.
Pas évident pour Archimède de trouver une solution à ce problème ! 🤔
Néanmoins, notre génie des sciences a su trouver la solution. La légende raconte qu’il a trouvé la solution en prenant un bain. Il aurait crié « eureka » en sortant tout nu dans la rue. Encore une fois, il s’agit d’une légende ! En prenant ce bain, il remarque que lorsqu’il déplace son corps, une quantité d’eau est, elle aussi, déplacée. Il en déduit que le corps déplace une quantité d’eau équivalente à son volume.
C’est pour ça que quand tu prends un bain, tu flottes, alors que si un objet beaucoup plus petit que toi mais du même poids tombe dans l’eau, il coule. L’objet ne déplace pas autant d’eau que toi par son volume. A poids égal, plus un objet sera volumineux plus, en quelque sorte, il aura besoin d’espace… et va donc déplacer l’eau. L’eau va subir une pression et cette pression produit une force, la poussée d’Archimède. 😯
Ainsi, il a conçu une expérience simple et efficace. Dans un récipient rempli d’un volume d’eau connu, il immerge la quantité d’or qui a été donnée à l’orfèvre pour réaliser la couronne. Il mesure ce volume.
👉 Ensuite, il effectue le même procédé avec la couronne. Il mesure également la quantité d’eau qui a été dégagé.
La conclusion qu’il émet est simple : si les deux volumes d’eau sont égaux, cela veut dire que la couronne a bien été faite avec de l’or pur. Sinon, ça veut dire que l’orfèvre a utilisé d’autres éléments. 😲
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La poussée d’Archimède ✨
De ce constat, Archimède a pu formuler un énoncé qui est encore appliqué aujourd’hui.
Théorème
« Tout corps plongé dans un fluide au repos, entièrement mouillé par celui-ci ou traversant sa surface libre, subit une force verticale, dirigée de bas en haut et égale (et opposé) au poids du volume du fluide déplacé. Cette force est appelée poussée d’Archimède. Elle s’applique au centre de masse du fluide déplacé, appelé centre de poussée. »
👉 Le fluide peut être un liquide comme de l’eau, mais il peut aussi être un gaz.
Donc pour que le théorème soit mis en application, il y a deux choses importantes qui doivent être respectées :
- le fluide doit être au repos. Il s’agit du liquide dans lequel on réalise l’expérience.
- Le corps immergé doit pouvoir être remplacé par du fluide immergeant sans rompre l’équilibre.
Voici les quatre caractéristiques d’une force. Tu dois les connaître par cœur ❤️ :
Les caractéristiques ✨
- Point d’application : le centre de poussée situé sur la verticale contenant le centre de gravité du liquide déplacé ;
- Sens : ascendant ou du bas vers le haut ;
- Intensité : égale à celle du liquide déplacé ;
- Direction : verticale.
Si ces conditions ne sont pas respectées, il est alors impossible d’utiliser la poussée d’Archimède. 🙅
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L’application de la poussée d’Archimède 🙂
Ce théorème a permis d’établir une formule mathématique très utilisée en physique-chimie.
La formule
Poussée d’Archimède = Volume x la masse volumique x gravité
Pour que ce soit plus clair, on t’explique précisément ce que ces valeurs représentent.
- Le volume représente le volume qui a été déplacé. Il s’exprime en ㎥.
- La masse volumique du fluide : c’est la masse de la substance par unité de volume. Elle dépend de chaque substance. Elle s’exprime en kg/c㎥
- La gravité : eh bien comme son nom l’indique, ça représente la gravité du lieu où l’expérience est réalisée. Elle s’exprime en newton par kg.
La gravité est importante dans la formule, car si un objet tombe de très haut il va d’abord s’enfoncer avant de remonter. L’accélération dû à la gravité augmente la poussée d’Archimède. 😯
Voici un exemple qui va te parler : le ballon qu’on enfonce dans l’eau quand on est petit. Il remonte très vite jusqu’à sortir de l’eau. La force de l’eau est plus élevée que si on le posait simplement dans l’eau.
On considère un cube soumis à la force de pesanteur notée Fp est plongé dans de l’eau. Il va subir une poussée d’Archimède Fa qui sera dans la direction opposée à la force de pesanteur.
Selon la densité moyenne du cube, pour un même volume, la force Fp ne sera pas la même, mais la force Fa ne changera pas.
Le cube flotte si Fa > Fp et il coule si Fp < Fa.
Alors, il est possible que cela reste encore un peu flou pour toi. Mais pas de panique, on a la solution pour toi ! Pense à faire appel à l’un de nos profs en ligne spécialisés en physique-chimie. Il sera ravi de t’aider en faisant des cours avec toi ! 😉
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Application de la poussée d’Archimède dans la vie de tous les jours 😃
Application de la poussée d’Archimède dans l’eau 🌊
La poussée d’Archimède est utilisée dans la vie de tous les jours. Le meilleur exemple que l’on puisse te donner est celui du sous-marin. En effet, cet objet utilise en permanence la poussée d’Archimède, pour soit se maintenir à la surface, soit s’immerger dans l’eau profonde. Le sous-marin utilise des caisses de réglages qui lui permettent d’ajuster et d’équilibrer son poids lorsqu’il est en plongée. Celle-ci dépend de la salinité et de la température de l’eau de mer.
Comme pour le bain, si on met un objet d’une tonne dans la mer, il coule et déplace peu d’eau. Alors qu’un bateau d’une tonne flotte parce qu’il déplace beaucoup plus d’eau par son volume beaucoup plus grand. 😲
👉 Plus un objet va déplacer de l’eau, plus l’eau va pousser l’objet.
Application de la poussée d’Archimède dans l’air 🌪️
Si tu as déjà eu l’occasion de faire un tour en Montgolfière, eh bien, tu as directement vécu la poussée d’Archimède. Comment c’est possible ? Eh bien l’air qui est contenu dans le ballon devient plus léger que l’air présent à l’extérieur. Pour que cela soit possible il faut faire chauffer l’air contenu dans le ballon. Ainsi, l’air se dilate et son poids diminue. 🎈
C’est la fin de cette fiche de physique-chimie. Il est vrai que le sujet n’est pas très simple, néanmoins, on espère qu’il a pu t’aider à en apprendre plus sur la poussée d’Archimède et son auteur. N’hésite pas à nous laisser un commentaire ! 😉
