Questions to the experts
Matière et matériaux
La forme d'un objet est-elle importante pour le faire flotter ?
Je viens de lire la réponse faite à la question "pourquoi les bateaux flottent-ils ?" mais elle ne m'éclaire pas totalement.
Si on prend l'exemple type de la boule de pâte à modeler qui coule lorsqu'elle est en boule et qui flotte lorsqu'elle a la forme d'un bateau : pourquoi le volume de fluide déplacé n'est-il pas le même ? Est-ce que la densité des deux objets (boule ou "bateau") est différente parce qu'entre en jeu dans le cas du bateau la densité de l'air ?. Faut-il donc dans ce cas considèrer l'ensemble (bateau+ air) comme un objet "global" dont la densité est différente de celle de la boule ?
Ce qui revient à poser la question : est ce que deux objets, de la même matière, de volumes identiques, l'un rempli d'air, l'autre vide (ne contenant aucune matiere) flottent de la même façon ? En posant la question, je m'aperçois que j'ai une réponse : non, puisque dans chaque cas, la masse du volume (masse volumique) n'est pas la même. Et comme c'est ce qui joue ds la poussée d'Archimède...
Mais je n\'arrive tt de même pas à transposer à mon problème de bateau. Est-ce qu'il faut faire intervenir la différence de pression exercée par l'air dans le cas de la boule et dans le cas du bateau (la surface n'étant pas la même ?). Et donc, la surface en contact avec l'eau ? Et comme la pression est une force sur une surface... Donc, est ce que la poussée d'Archimède joue sur la surface en contact avec l'eau (plus elle est grande, meilleure sera la flottabilité, puisque le volume déplacé sera alors plus important (vs une sphère) ?
Bref, pouvez-vous trouver une "manip" qui me fasse sentir le phénomène ? Je suis consciente que c'est "tout bête", mais j'avoue que je n'arrive pas à me représenter correctement les choses. Merci d'avance.
Exactement. C'est tout à fait cela !
Mais la difficulté vient de l'emploi de ce concept de "densité" qui n'est pas vraiment utile.
Prenez une boule de pâte à modeler, plongez la doucement dans un verre d'eau : le niveau monte. Ce faisant, cette eau qui monte ne le fait pas volontiers (comme vous lorsque vous montez vos courses) : elle appuie en retour vers le bas autour de la boule, ce qui se traduit, sous la boule, par une tentative de remontée de l'eau : l'eau sous la boule la pousse vers le haut (je vous laisse deviner comment on appelle cette poussée...). Petit à petit, la boule s'enfonce et l'eau monte en appuyant de plus en plus. Mais à un moment, la boule est immergée et la poussée est encore inférieure au poids de la boule : si vous la lâchez, elle coule.
Faites à présent la même expérience avec un "bateau" fabriqué avec la même boule. Comme le bateau emprisonne de l'air, pour descendre, il lui faut déplacer beaucoup plus d'eau ! Par suite, la poussée qu'il subit est plus importante que dans le cas de la boule compacte. Et si sa forme est bien creuse, cette poussée compensera son poids avant qu'il ne soit totalement immergé : il flottera. Cela fonctionne tellement bien que des objets aussi lourds que des paquebots peuvent flotter. Et en effet, même dans ces cas-là, comme vous l'évoquiez, la densité de l'ensemble "paquebot+passagers+air" est plus faible que celle de l'eau...
Mais attention ! Si le moindre petit trou apparaît dans le bateau, qu'il soit en pâte à modeler ou en acier, l'eau remplacera l'air emprisonné et il coulera irrémédiablement !
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C'est le volume immergé et non la surface en contact qui gouverne la flotabilité. La dite surface influe sur la pénétration dans l'eau, voire l'empêche (cf ces insectes qui marchent sur l'eau) par tension superficielle pour des objets dont la surface est très grande (et le poids très faible), mais ne joue pas sur ce qu'on appelle la flotabilité.
L'équilibre est établi entre le poids et la poussée exercée sur le volume IMMERGE, lequel peut être très inférieur au volume total du bateau. Les coques sont des formes creuses. On sait que les choses changent si une voie d'eau fait rentrer du liquide dans la coque. La catastrophe peut s'interpréter de deux manières : 1°) le volume immergé diminue ou 2°) le poids est augmenté du poids du liquide. Le résultat est le même : le bateau de métal coule.