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1 TPE LA FLOTTABILITÉ Membres du groupe : Zeghar Abdelkader, Seddi Malek, Eddou

1 TPE LA FLOTTABILITÉ Membres du groupe : Zeghar Abdelkader, Seddi Malek, Eddoubbich Elies. É tablissement : Lycée Saint Exupery Classe : 1S1 Série : Science. Thème Général : Matière et forme Sujet : La Flottabilité Disciplines concernées : Mathématique, Physique Chimie 2 Thème : Matière Et Forme Sous Thème : Mouvement de la matière et forme Pistes de travail : La Flottabilité Introduction : Lorsque nous sommes à la mer nous voyons que les bateaux parviennent à flotter à la surface de l’eau. Les questions qui viennent à notre esprit sont : Comment ces navires peuvent flotter à la surface de l’eau alors qu’ils ont une structure métallique et transportent des milliers de tonnes ? Lorsque l’on se baigne nous avons l’impression que nous sommes plus légers. Comment un corps fait-il pour flotter ? Ce sujet requière des données mathématique et physique que nous mettrons en évidence. Nous répondrons à cette problématique en trois parties. Nous avons réalisé plusieurs expériences et trouvé des éléments de réponse comme la flottabilité, le principe d’Archimède et la densité. Problématique : Comment un corps fait-il pour flotter ? 3 I-Flottabilité : 1) Définition de la flottabilité ?.........................................................................4 2) La flottabilité : Formes et Masse …...........................................................5-7 II- Poussée et principe d'Archimède : 1) Historique de la poussée d’Archimède…………………………………………….8-9 2) Schématisation du principe d’Archimède………...................................10-11 3) Mise en évidence de la poussée d’Archimède……….…………….………….11-12 III- La masse volumique et la densité : 5) La masse volumique et la force exercé …………………………………… 13-14 4) Influence de la densité sur la flottabilité……………………………….……15-17 4 IIII- Conclusion : …………………………………………………………….18 I-Flottabilité : 1) Définition de la flottabilité ? La flottabilité est le phénomène des objets qui se déplacent dans les fluides (liquide ou gazeux) elle s’oppose à la force de gravité, puisqu'elle est dirigée de bas en haut. Selon le rapport entre son poids et la poussée d'Archimède, un corps peut avoir une flottabilité nulle, positive ou négative. http://starbi.free.fr/Flottabilite/gif.gif Dans ces trois cas, les objets vont remonter vers la surface ou couler. On réalise plusieurs expériences pour Illustrer ce phénomène : 5 Expérience1 : Influence de la forme de l'objet sur la flottabilité. On a pu remarquer que les objets s’adaptaient selon leur forme pour garder la même masse volumique. Donc, La forme liée à la poussée d’Archimède. Et les objets flottent pas de la même manière, c’est de façon à avoir la même masse volumique.(et la même pour l’Homme),pour cela on à réaliser une expérience des objets de même masse, de même matériau mais de formes différentes. Objectif : Dans cette expérience, Nous allons comparer la flottabilité de certains objets de même masse, de même matériau mais de formes différentes et aborder l'influence de l'espace occupé par l'objet dans l’eau. Matériel : la pâte à modeler aquarium Nous utilisons la balance pour obtenir des morceaux de pâte à modeler de masses identiques de forme différentes. On dépose délicatement dans l’aquarium les formes en patte à modeler et on observe. Schémas : 6 Schémas créé par les membres du groupe Observation : Vidéo sur les masses des objets, par virgule zim, https://www.youtube.com/watch? v=c2L92aOnulA (Nous allons présenter pendant l’oral de TPE tous les autres formes de masses illustrées sur la vidéo ci-dessus) On observe que la patte en forme de sphère coule allègrement alors que celle en forme de bol flotte. On pourra parler de l'espace occupé par l'objet dans l'eau qui n'est pas le même suivant la forme de l'objet. On pourra donc faire apparaître la notion d’ « émergement » en effet cette notion représente un volume immergé modelé sur la base d'un gabarit (pot à confiture par exemple ou brique de lait) ce sont plusieurs formes de hauteurs différentes mais de masses identiques. 7 Expérience 2 : Influence de la masse de l'objet sur la flottabilité. Objectif : Comparer la flottabilité de deux objets ayant le même volume mais de masses différentes. Matériel : aquarium Deux Bouteilles (un vide et un rempli d’eau) 8 Schémas créé par les membres du groupe Observation : Lorsque l’on dépose une bouteille vide dans l’aquarium elle flotte à la surface de l'eau tandis que celle remplit d'eau coule. Conclusion : Suite à cette expérience on peut donc avancer qu'une modification d'un paramètre est la cause du flottement de la bouteille en effet ce paramètre est la masse volumique car ces deux objet possède le même volume mais pas le même poids on peut donc en conclure que deux objet possédant le même volume mais une masse différente peuvent flotter ou couler .La masse volumique n'est pas le seul critère influant sur la flottabilité d'un corps en effet d'autre force ou caractéristique peuvent jouer sur celle-ci comme la densité ou la poussée d'Archimède que nous allons expliquer ci dessous. II-Poussée et principe d'Archimède Histoire : Le roi Hiéron 2 de Syracuse (306-214) à remis une certaine quantité d’or à un artisan pour commandé une couronne d’or pur, lors la réception de la couronne. Le roi doutait que l’artisan avait volé une partie de l’or en le remplaçant par un alliage. Il demanda alors à son conseiller scientifique et mathématicien Archimède (287-212av.J.C) de vérifier si la 9 couronne était vraiment en or ou était faite d’un mélange d’argent d'or ce qui reviens a calculer sa masse volumique. Mais il n’y aucun moyen pour mesurer le poids de la couronne, après la long réflexion, Le philosophe Archimède à décider de battre la couronne avec un marteau pour tourner dans un moule rectangulaire, car il en mesure de connaître la taille et dévoilé la vérité. Mais le roi ne serait pas très ravi que sa couronne soit abîmé. Tout à coup alors qu'il était dans sa baignoire Archimède, sorta nu dans la rue en s’écriant « Eurêka» ce qui veut dire « j’ai trouvé » car il prétend avoir la moyen viable de dévoilé la vérité sur la véritable nature de la couronne. Il a constaté que le volume d’eau déplacé dans le bassin d’eau est égal au volume de la partie immergée de son corps dans la baignoire (= la Fp poussée d’Archimède est égale au poids du volume d’eau déplacé par l’objet immergé).Pour prouver son affirmation il a fait une expérience ou pendant laquelle trois blocs de métal différent sont immergés dans un vase rempli d’eau,afin de savoir quel métal flotte et pour finalement en déduire si la couronne est un alliage ou est seulement constitué d'or pur. Il immerge les blocs d'or, d’argent et de cuivre et la couronne qui servira de repère. Il prend ensuite la mesure de l'eau déplacée par les blocs et leurs volumes respectifs. Grâce à cette expérience, Archimède a découvert que la quantité d’eau prélevée de la couronne était supérieure à celle mesurer de l’or pur. C'est-à-dire le volume d’or pur est inférieur au volume de morceaux d’argent, et de cette façon a conclu Archimède que la couronne n'a pas été faite d'or pur, mais un mélange des deux. Ainsi ils démasquèrent la supercherie du joaillier. https://fr.dreamstime.com/illustration-stock-illustration-de-bande-dessine-de-bain-de-natation-d-archimedes-eureka- image60611794, Consulter le 15/12/2016 10 Nous pouvons donc dire grâce aux expériences d’Archimède que la flottabilité d’un objet dépend de sa masse volumique exprimée en Kg.m3, et la masse volumique moyenne de l’eau est de 1000kg.m3. Si la masse volumique d’un objet est beaucoup plus importante que celle de l’eau, l’objet coule, et sera le contraire pour un objet qu’à une masse volumique inférieure a celle de l’eau, l’objet flotte. 2) Schématisation de la flottabilité : (Experience) Nous allons faire une autre expérience pour schématiser la flottabilité, voici les 3 cubes: 11 Le premier est en métal, le deuxième en liège et l'autre en plastique ces trois cubes ont exactement le même volume. Le cube en liège pesant 1 Newton sa masse volumique est inférieure à celle de l'eau. Le plastique lui pèse 2 Newton il possède donc une masse volumique égale a celle de l'eau. Mais le cube de métal pesant 10 Newton sa masse volumique est plus importante que celle de l'eau. Maintenant prenons 3 cruches d'eau ayant prés d'elle une balance graduer en Newton. Imaginons que nous arrivions à immobiliser chacun des trois cubes au milieu des cruches. Pour prendre sa place chaque cube a du déplacer son propre volume d'eau donc l'eau déborde et puisque que tout les cubes ont le même volume il déplace donc le même volume d'eau dans la balance. Nous pouvons donc dire que quand un objet est plonger dans un liquide le poids du liquide qu'il déplacé est égale a la force qui tend à pousser cette objet vers le haut Revenons a l’expérience, souvenons nous que le cube de métal est attirer vers le bas par une force de graviter de 10 Newton, celui en liège par une force de 1 Newton et celui en plastique par une force de 2 Newton c'est pour cela si nous supprimions ce « tour de magie » qui maintien les cubes au milieu de l'eau celui en Métal coulera, celui en liège va remonter et celui en plastique restera fixe. 12 Cette loi de la nature uploads/s3/ tpe-sur-la-fllotabilite-2017-lycee-saint-exupery.pdf