La loi d'Archimède est le moyen de calculer le phénomène de portance de l'eau. Définition: Tout corps plongé dans un liquide subit une poussée dirigée du bas vers le haut et qui est égale au poids du volume d'eau déplacé. Flottabilité = Poussée d'Archimède - Poids réel
Exemple: une bouteille de plongée de contenance 12 litres, pèse sur terre 17kg. Son poids une fois immergée sera de: 12-17 = -5kg. Flottabilité négative, donc l'objet coule... Si elle était positive, l'objet flotterait.
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Quel poids doit-on ajouter à l'intérieur pour l'équilibrer dans l'eau. Poids apparent = 4 - 5 = - 1 kg. On doit ajouter 1 kg pour avoir un poids apparent nulle. Application à la plongée - poumon ballast - calculs de lestages et de levages, - utilisation du gilet de stabilisation Conséquences - la flottabilité diminue si la profondeur augmente (diminution du volume de la combinaison), - la flottabilité augmente en cours de plongée, par la consommation de l'air contenu dans la bouteille, - avec la loi de mariotte (l'air contenu dans le gilet de stabilisation), le volume l'air augmente à la remontée, donc la poussée d'Archimède sera plus forte. Risque de remonter rapidement.
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Nous ne pouvions pas traiter de bateaux et encore moins de flottabilité sans se pencher sur cet élément fondamental. La flottaison d'un bateau s'explique par une multitude de phénomènes physiques, le plus important d'entre eux est surement la poussée d'Archimède, en effet cette loi découverte par le physicien Archimède permet d'expliquer qu'un bateau de parfois plusieurs milliers de tonnes puisse flotter. Qui était Archimède? Archimède de Syracuse, né à Syracuse vers 287 av. J. -C. et mort en cette même ville en 212 av. C., est un grand scientifique grec de Sicile de l'Antiquité, physicien, mathématicien et ingénieur. Bien que peu de détails de sa vie soient connus (les quelques informations que nous connaissons nous viennent surtout de Plutarque, un écrivain Grecque), il est considéré comme l'un des principaux scientifiques de l'Antiquité. Parmi ses domaines d'étude en physique, on peut citer l'hydrostatique, la mécanique statique, l'explication du principe du levier et la fameuse poussée d'Archimède.
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Les lois mis à profit en plonger. La poussée d'Archimede
« 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 opposée au poids du volume de fluide déplacé;
Cette force est appelée "poussée d'Archimède". »
Elle s'exprime sous la forme:
où M f est la masse du fluide contenu dans le volume V déplacé,
g la valeur du champ de pesanteur. Si la masse volumique ρ du fluide est elle aussi uniforme, on aura:
Ou encore, si l'on considère les intensités (ou normes) des forces:
L'intensité PA de la poussée d'Archimède s'exprime en newtons (N) si la masse volumique ρ est en kg⋅m-3, le volume de fluide déplacé V en m3 et l'accélération de la pesanteur g en N⋅kg-1 (ou m⋅s-2). La poussée d'archimède s'exprime tous les jours. En effet c'est t-elle qui fait que les bateau puissent flotter, que votre paille dans votre boissons remonte ou encore lorsque vous jetez une pierre dans de l'eau elle coule.
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On parle aussi du principe d'Archimède et on le présente fréquemment de la façon suivante: «Tout corps plongé dans un fluide reçoit de la part de celui-ci une poussée verticale, dirigée de bas en haut, égale au poids du volume de fluide déplacé. cette force est appelée "poussée d'Archimède". »
Selon le rapport entre son poids et la poussée d'Archimède, un corps peut avoir une flottabilité neutre, positive ou négative. Dans ces trois cas, les objets vont respectivement flotter entre deux eaux, remonter vers la surface ou couler. Remarque: Le poids des navires (et donc leur masse volumique) varie selon qu'ils soient en charge ou sur lest, la poussée d'Archimède va donc également varier. Pour maintenir un niveau de flottaison (tirant d'eau) constant et assurer une meilleure stabilité, les navires sont pourvus de ballasts qu'ils peuvent remplir ou vider suivant leur cargaison ou la salinité de l'eau dans laquelle ils naviguent. Voici un exemple concret d'application de la poussée d'Archimède:
Dans le cas A, la force exercée par le liquide sur le bateau (poussée d'Archimède) est égale à la force exercée par la Terre sur le bateau (poids du bateau), la flottabilité est donc neutre ainsi le bateau flotte.
Effets sur la consommation d'air: La pression augmentant avec la profondeur, la consommation d'air du plongeur va suivre la mme progression, elle va augmenter avec la profondeur. Par exemple, un plongeur qui consomme 20l par minutes en surface, 20 m sa consommation sera de 60l par minutes. La dure de plonge sera d'autant plus courte que la plonge sera profonde. Effets sur l'quipement: Utilisation du gilet stabilisateur, compression de la combinaison et donc effet sur le poids apparent du plongeur. L'crasement de la combinaison provoquant une diminution de volume donc une diminution de la pousse d'Archimde est compens par le gonflage du gilet qui a l'effet inverse. Quelques petits calculs Rappels Pabs. => Pression absolue Patm. -=> Pression atmosphrique Phyd. => Pression hydrostatique - Soit un ballon de 30 litres en surface, une profondeur de 20 mtres quel est son volume? A la surface on a P1 = Patm. = 1 bar. A 20 mtres on a P2 = Patm. + Phyd. = 1 + 2 = 3 bars. D'aprs Mariotte on peut crire: P1.
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