2 - Physique 2.8 - Le principe d’Archimède

bruno mathieu      mercredi 19 décembre 2018

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2.8 - Le principe d’Archimède


tout corps plongé dans un fluide reçoit, de la part de ce fluide, une poussée verticale dirigée de bas en haut, égale au poids du volume de fluide déplacé.

Les caractéristiques de cette force sont : d’être appliquée au (bary)centre du volume qui se situerait à la place du corps  – immergé, de s’opposer, par son sens (de direction verticale et de bas en haut), à la  – pesanteur, d’être proportionnelle au volume du corps sur lequel elle s’exerce (force dite de  – volume).

Plus le volume est important, plus la poussée est importante. Le poids s’applique au centre de gravité et pas obligatoirement au centre du volume. Si le corps n’est pas homogène, un mouvement de bascule du corps peut s’amorcer sous l’effet du poids et de la poussée.

Dans le cas représenté ci-après, le plongeur de gauche est équipé d’une ancienne bouée Fenzy ; sous l’effet de bascule du couple de forces, son poids et la poussée d’Archimède qui ne s’appliquent pas au même emplacement, il a tendance à s’orienter verticalement.

Cette inclinaison offre une plus grande résistance à l’avancement. Le plongeur, ainsi équipé, doit fournir un effort de palmage important pour conserver une position horizontale. L’augmentation de la force de propulsion horizontale par palmage permet de compenser cet effet de bascule, au prix d’un travail musculaire supplémentaire.


En revanche, si le plongeur est revêtu d’une bouée de type stabilizing jacket, la répartition du volume d’air est plus anatomique que dans le cas précédent.

De cette façon, le barycentre du volume et le centre de gravité du plongeur équipé coïncident approximativement. La poussée d’Archimède s’applique au même endroit que le poids. Lorsque la stabilizing jacket est gonflée de façon adéquate, la poussée d’Archimède compense exactement le poids du plongeur. Les deux forces sont égales et opposées ; le plongeur s’oriente spontanément de façon horizontale. La notion de volume est importante.

Pour un corps, cette poussée sera égale au poids de son volume en eau. Sur la boîte en alliage d’aluminium, une fois vidée de son contenu d’eau minérale, flotte à la surface de l’eau.

Cette boîte flotte grâce au volume qu’elle occupe (grossièrement cylindrique). La capsule du même alliage a coulé au fond de l’eau.

Elle peut être assimilée à une surface et ne possède pratiquement pas de volume. Le poids de la capsule est pourtant très inférieur à celui de la boîte. Si, avec la quantité d’alliage utilisée pour fabriquer cette boîte au volume cylindrique, nous avions fait une surface plane, elle coulerait comme la capsule. Il est à remarquer que la boîte flotte grâce à la poussée d’Archimède (égale au poids du volume en eau de la partie immergée de la boîte) qui compense le poids total de la boîte. Du volume pris par le corps immergé dépendra la poussée.

Les corps immergés à volume variable vont subir une variation de poussée. Le corps humain va subir une variation de son volume total selon sa profondeur, du fait de la compression par la pression hydrostatique.

Les cavités compressibles du corps humain vont être soumises à une pression hydrostatique croissante (cavités gazeuses telles que poumons, abdomen…) ainsi que le matériel à volume variable. Ces cavités diminueront de volume avec la profondeur.

La poussée d’Archimède s’exerçant sur le plongeur varie avec la profondeur. Le plongeur aura tendance à couler avec la profondeur croissante. Pour pouvoir rester stabilisé à une profondeur donnée, le plongeur devra compenser la variation de son volume total par propulsion (palmage) ou par modification des volumes variables (en inspirant ou en gonflant sa bouée).

 

 

 

source de : L’adaptation de l’organisme et ses limites (introduction) de Philip FOSTER

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