Lorsque l’on jette une ancre dans l’eau, elle tombe droite, à pic et va toucher le fond. Si l’on prend une plaque de plastique que l’on met sur l’eau, elle flotte, tandis qu’une plaque de la même taille en métal va directement couler. Toutefois on utilise cette matière pour construire des bateaux. Et ils flottent très bien. Comment les bateaux font-ils pour rester à flot ?
Les bateaux ont un poids certain, mais ils flottent
En fait, la flottabilité ne dépend pas seulement du poids de l’objet mis sur l’eau. Il faut aussi prendre en compte le volume. Par exemple, un morceau de bois flotte – peu importe son poids – car son volume va être proportionnel à ce poids. Et dans notre cas, c’est grâce à son volume qu’un bateau va flotter.
Sur l’eau, le bateau est soumis à 2 forces :
- La pesanteur : le poids du bateau va tendre à le faire couler en l’attirant vers le bas. Cette force est dirigée vers le bas.
- La poussée d’Archimède : grâce à son volume, le bateau reçoit une seconde force verticale. Mais celle-ci va du bas vers le haut, ce qui l’empêche de couler.
Donc, les bateaux flottent quand la poussée d’Archimède est supérieure à la pesanteur. C’est valable pour n’importe quel objet. Il flotte si l’équilibre entre son poids et la poussée d’Archimède est atteint avant qu’il ne soit entièrement sous l’eau. En revanche, si le point d’équilibre n’est pas atteint, l’objet va couler. Lorsque cet équilibre est atteint, on parle de ligne de flottaison. Il s’agit de la limite séparant la partie émergée de celle sous l’eau. D’ailleurs, on peut noter que la ligne de flottaison varie pour chaque chose.
Détails sur la poussée d’Archimède
Archimède est un savant grec né en 287 av. J.-C., et mort en 212 av. J.-C. Il a donné une explication satisfaisante à cela dans son Traité des corps flottants : « Tout corps plongé dans un fluide reçoit de la part de ce fluide une force (poussée) verticale, vers le haut dont l’intensité est égale au poids du volume de fluide déplacé ».
C’est cette même poussée d’Archimède qui explique pourquoi on se sent plus léger dans l’eau lorsque l’on nage. En effet, pour rester à la surface, nous devons maintenir notre poids, moins la poussée d’Archimède qui nous pousse vers le haut. Dans notre cas, d’autres éléments entrent en compte, comme notre position (quand on fait la planche, on flotte), ou bien si l’on inspire ou expire de l’air (ce qui augmente ou réduit notre volume).
Sources : Orange – Espace-sciences – Scio – Unine
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