Calculatrice de flottabilité

L'histoire de la flottabilité

The concept of buoyancy was discovered by the Greek mathematician and physicist Archimedes (287-212 BCE) in one of history's most famous "eureka" moments. According to the legend, King Hiero II of Syracuse had commissioned a goldsmith to make a crown of pure gold. Suspecting that the goldsmith had substituted some silver for gold, the king asked Archimedes to determine if the crown was pure gold without damaging it.

En prenant un bain, Archimède a remarqué que le niveau d'eau s'est élevé quand il est entré dans la baignoire. Il s'est rendu compte que le volume d'eau déplacé était égal au volume de la partie de son corps qui était submergée. Cette perspicacité lui a donné une méthode pour mesurer le volume des objets irréguliers comme la couronne. En comparant le poids de la couronne au poids d'un volume égal d'or pur, il pouvait déterminer si la couronne était de l'or pur ou contenait d'autres métaux.

So excited was Archimedes by this discovery that he reportedly ran naked through the streets of Syracuse shouting "Eureka!" (I have found it!). The crown was indeed found to displace more water than an equal weight of pure gold, proving it was not made of pure gold.

Comprendre la flottabilité

La flottabilité est la force ascendante exercée par un fluide (liquide ou gaz) qui s'oppose au poids d'un objet immergé. Cette force se produit parce que la pression dans un fluide augmente avec la profondeur en raison du poids du fluide ci-dessus, créant une différence de pression entre le haut et le bas d'un objet submergé.

Il y a trois états de flottabilité qu'un objet peut éprouver :

• Souplesse positive:Lorsque la force de flottaison est supérieure au poids de l'objet, ce qui la fait flotter ou monter.
• Souplesse négative:Lorsque la force de flottaison est inférieure au poids de l'objet, ce qui la fait couler.
• Souplesse neutre:Lorsque la force de flottaison est égale au poids de l'objet, ce qui le fait rester suspendu à une profondeur constante.

Facteurs influant sur la flottabilité

Plusieurs facteurs clés déterminent la flottabilité d'un objet :

1. Densité:Le principal facteur déterminant si un objet flotte ou coule. Les objets dont la densité est inférieure à celle du fluide flotteront, tandis que ceux dont la densité est supérieure couleront.
2. Volume:Plus le volume d'un objet est grand, plus il est fluide et plus la force de flottaison est grande.
3. Forme :Même les matériaux denses peuvent flotter s'ils sont façonnés pour déplacer suffisamment de liquide. Cela explique pourquoi les navires en acier flottent bien que l'acier soit plus dense que l'eau.
4. Densité des fluides:Les fluides densers (comme l'eau salée par rapport à l'eau douce) exercent de plus grandes forces de flottaison sur les objets submergés.

Applications du monde réel

Les principes de flottabilité sont essentiels dans de nombreuses applications technologiques et quotidiennes :

• Navires et bateaux:Conçu avec des coques creuses qui déplacent assez d'eau pour créer une force de flottaison supérieure à leur poids.
• Sous-marins:Contrôlez leur flottabilité au moyen de réservoirs de ballast. En prenant de l'eau, ils augmentent leur densité et coulent; en expulsant l'eau avec de l'air comprimé, ils diminuent leur densité et augmentent.
• Ballons à air chaud:Utilisez l'air chauffé (qui est moins dense que l'air frais environnant) pour créer de la flottabilité dans l'atmosphère.
• Plongée sous-marine :Les plongeurs utilisent des dispositifs de compensation de flottabilité (BCD) pour obtenir une flottabilité neutre à différentes profondeurs, en fonction des changements de pression.
• Vessie nageuse de poisson:Permettre aux poissons de maintenir une flottabilité neutre en ajustant le volume de gaz dans leur vessie natatoire.
• Hydromètres:Instruments utilisant des principes de flottabilité pour mesurer la densité ou la gravité spécifique des liquides.

La physique des fluides

La flottabilité est intimement liée à plusieurs autres principes de la physique des fluides :

• Pression et profondeur:La pression de fluide augmente linéairement avec la profondeur, créant ainsi le gradient de pression qui génère une force de flottaison.
• Déplacement:Le volume de fluide déplacé par un objet est égal au volume de la partie de l'objet submergée.
• Poids apparent:Le poids apparent d'un objet dans un fluide équivaut à son poids réel moins la force de flottaison.
• Stabilité:La stabilité d'un objet dans un fluide dépend des positions relatives de son centre de gravité et de son centre de flottabilité (le centre de masse du fluide déplacé).

La flottabilité est la force ascendante exercée par un fluide sur un objet immergé. Cette force est égale au poids du fluide déplacé par l'objet.

Pour calculer la force de flottaison, suivez les étapes suivantes :

1. 1
   Mesurer le volume de l'objet submergé
2. 2
   Déterminer la densité du fluide
3. 3
   Multiplier le volume par la densité du fluide et l'accélération gravitationnelle

Densités communes de matériaux (kg/m3):

• Eau: 1000
• Aluminium: 2700
• Acier: 7850
• Bois (pin): 500
• Air : 1,225