Pourquoi certains objets coulent tandisque d’autres flottent?

Cette question a été mise en évidence par notre très grand mathématicien et physicien Archimède.

Pour le petit rappel, la flottabilité d’un corps s’explique par le phénomène appelé poussée d’Archimède qui est la force particulière que subit un corps plongé entièrement ou partiellement dans un fluide( liquide ou gaz) soumis à un champ de gravité. Cette force est issue de l’augmentation de la pression du fluide avec la profondeur (effet de la gravité sur le fluide). La pression étant plus forte sur la partie inférieure d’un objet immergé que sur sa partie supérieure, il en résulte une poussée verticale orientée vers le haut.

Cependant, nous pouvons observer très clairement que certains objets plongés dans l’eau ont tendance à s’enfoncer (couler) au détriment d’autres. Mais pourtant, rapellons le théorème de la poussée d’Archimède tel que énoncé par le Physicien :

 

« 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. »

 

Toutes fois pour que le théorème s’applique, le corps immergé et le fluide immergent doivent être au repos.Mais bon bref, c’était pour le petit rappel, passons maintenant au vif de notre sujet:

 

Pourquoi certains corps flottent et d’autres coulent?

 

Cet article a été mis en place car ce théorème, comme plusieurs autres théorèmes scientifiques, subit de nombreuses interprétations plus ou moins partielles. La première évidente réponse qui ressort ici ( et que beaucoups soutiendront ) est que c’est à cause de  » la masse ». Et donc les particules les plus lourdes sont censées couler et les plus légères flotter. Ceci est vrai quand nous savons qu’un bout de bois flotte et un caillou par contre coule. Mais qu’en est-il de la fois où vous avez vu un gros tronc d’arbre très lourd flotter et la bille de votre enfant couler ? Etrange non? Rassurez-vous vous n’avez pas halluciné, ce n’est que normal …

 

Prennons un autre expemble : prennez votre balle de ping pong et essayez de l’enfoncer et dès que vous lachez op! elle revient presque plus rapidement que vous ne l’avez enfoncé. Un gros ballon est donc très difficile à enfoncer et vous avez l’impression qu’elle veut vous sauter au visage.

Par là, nous voyons clairement que la masse de l’objet n’est pas le paramètre « premier » pour expliquer ce phénomène, il y a le volume occupé par l’objet qui entre en ligne compte.

 

Pour mieux comprendre, mettons en evidence un corps de volume 10 m3 plongé dans un liquide ( l’eau pour le cas échéant ). Nous savons que l’eau a une masse volumique de 1000 kg/m3 soit 1g/ cm3. Ce qui signifie que 1cm3 d’eau pèse 1g. Plongeons alors notre corps de volume 10 cm3 dans notre récipient d’eau. Nous vennons en quelques sortes d »alléger l’eau de 10g puisque 1cm3 vaut 1g et cei s’explique par le fait que notre corps vient de déplacer 10 cm3 d’eau qui pèse en fait 10g (vous vous souvenez de la partie du théorème qui parlait de volume déplacé ?) c’est ce qui se passe.

Parlons maintenant de la masse du corps; si elle faisait 15 g par exemple soit plus que la masse déplacé ( qui est 10g ). Dans ce cas, le corps aura beau déplacé 10g d’eau, il reste une certaine masse qui va le retenir au fond ( 15g – 10g = 5g ). Les 5 g sont le fardeau qui va retenir notre objet au fond. Résultat : le corps coule.

Par contre si la masse du corps est inférieure à celle déplacée ( 10g ), soit par exemple 8 g, évidence : le corps flotte et de façon à ce que la partie encore immergée dans l’eau ait un volume suffisant pour assurer l’équilibre du corps à la surface. Pour notre cas de figure, la masse étant de 8g, il suffit que 8m3 soit immergé.

En gros, plus un objet déplace d’eau, plus il est propulsé vers le haut, c’est même la raison pour laquelle le bateau flotte car celui-ci déplace beaucoup d’eau.

 

Naturellement, l’eau ou les liquides en général, ne sont pas les seuls fluides à permettre la flottabilité. En effet, un corps quelconque peut aussi flotter dans du gaz. Ce qui s’observe clairement avec les ballons à air chaud. En les chauffant, on diminue leur densité, et ils deviennent donc plus légers que l’air ambiant .Ainsi, les ballons gonflés d’air chaud auront tendance à monter (s’élever dans le ciel) parallèlement au bout de bois qui flotte.

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