Calcul de la poussée d’Archimède

Calcul de la poussée d’Archimède

Comprendre le Calcul de la poussée d’Archimède

Dans le cadre d’un projet de classe, les élèves de seconde ont conçu un petit sous-marin en plastique.

Afin de comprendre comment ce sous-marin peut flotter ou s’enfoncer dans l’eau, il est nécessaire de calculer la poussée d’Archimède qu’il subit lorsqu’il est complètement immergé dans un bassin d’eau.

Données :

  • Masse du sous-marin : 250 grammes
  • Volume du sous-marin : 300 cm³
  • Densité de l’eau du bassin : 1 g/cm³ (eau douce)

Question :

1. Calculer la force de gravité agissant sur le sous-marin. La gravité (g) est de 9,81 m/s².

2. Déterminer la poussée d’Archimède exercée sur le sous-marin lorsqu’il est complètement immergé.

3. Conclure si le sous-marin flottera ou s’enfoncera, en comparant la force de gravité et la poussée d’Archimède.

Correction : Calcul de la poussée d’Archimède

1. Calcul de la force de gravité (Poids)

Formule :

\[ P = m \times g \]

Substitution des valeurs :

  • Masse \( m = 250 \) grammes = \( 0.25 \) kg (conversion de grammes en kilogrammes, sachant que 1000 g = 1 kg)
  • Gravité \( g = 9.81 \) m/s²

Calcul :

\[ P = 0.25 \, \text{kg} \times 9.81 \, \text{m/s}^2 \] \[ P = 2.4525 \, \text{N} \]

La force de gravité agissant sur le sous-marin est de \( 2.45 \) Newtons (arrondi à deux décimales).

2. Calcul de la poussée d’Archimède

Formule :

\[ F_A = \rho \times V \times g \]

Substitution des valeurs :

  • Densité de l’eau \( \rho = 1 \) g/cm³ = \( 1000 \) kg/m³ (conversion de g/cm³ en kg/m³)
  • Volume \( V = 300 \) cm³ = \( 0.0003 \) m³ (conversion de cm³ en m³, sachant que 1 m³ = 1,000,000 cm³)
  • Gravité \( g = 9.81 \) m/s²

Calcul :

\[ F_A = 1000 \, \text{kg/m}^3 \times 0.0003 \, \text{m}^3 \times 9.81 \, \text{m/s}^2 \] \[ F_A = 2.943 \, \text{N} \]

La poussée d’Archimède exercée sur le sous-marin lorsqu’il est complètement immergé est de \( 2.94 \) Newtons (arrondi à deux décimales).

3. Comparaison et conclusion

Comparaison :

  • Poids du sous-marin : \( 2.45 \) N
  • Poussée d’Archimède : \( 2.94 \) N

Puisque la poussée d’Archimède (\( 2.94 \) N) est supérieure à la force de gravité (\( 2.45 \) N), la force nette agissant sur le sous-marin est dirigée vers le haut. Cela indique que le sous-marin est soumis à une force résultante qui le pousse vers la surface.

Conclusion :

Le sous-marin flottera dans l’eau car la poussée d’Archimède qui s’oppose à la gravité est plus grande que le poids du sous-marin.

Calcul de la poussée d’Archimède

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