Le principe d'Archimède nous dit qu'un corps plongé dans un fluide, entièrement mouillé par celui-ci ou traversant sa surface libre, subit une force verticale égale et opposée poids du fluide déplacé. Cette force est appelée poussée d'archimède et est due à la pression que le fluide exerce sur la surface de l'objet immergé.
Le principe d'Archimède a été découvert par Archimède de Syracuse, un ingénieur et mathématicien grec qui a vécu au , avant J.C. Selon la légende, il aurait découvert ce principe en se baignant.
Quel est le principe d'Archimède ?
Le principe d'Archimède est une loi physique qui décrit le comportement des corps flottants et entièrement immergés dans un fluide.
Selon l'expérience d'Archimède, le volume du fluide déplacé est égal au volume de l'objet immergé. En même temps, selon ce principe, le corps immergé subit une force verticale dirigée en haut égale au poids du volume de liquide déplacé.
Cette force, connue sous le nom de "poussée", est produite lorsque des fluides interagissent avec des objets solides. Le fluide exerce une pression sur chaque portion de la surface de l'objet. La poussée est la somme de toutes ces pressions par unité de surface et est appliquée au centre de gravité de l'objet étudié.
Le poids correspondant au fluide déplacé est égal au produit de l'accélération de la pesanteur par la masse volumique du fluide et le volume de ladite portion.
Expérience sur le principe d'Archimède
Le roi Hiéron II de Syracuse a demandé à l'orfèvre de créer une couronne en or, mais il soupçonnait que le matériau à l'intérieur n'était pas vraiment de l'or. Pour le corroborer. a demandé à Archimède de penser à une méthode manuelle pour tester s'il était entièrement en or ou s'il comprenait un matériau moins cher.
Archimède a tenté de résoudre ce problème, mais a d'abord été incapable de trouver un moyen. Selon la légende, la solution lui est venue alors qu'il se baignait. Alors qu'il était assis dans le bain, il a remarqué que le niveau de l'eau montait et en a été soudainement inspiré. Tout de suite, il a crié “Eureka, eureka! (j'ai trouvé)”
Cette expérience lui a permis de connaître le volume de la couronne en mesurant le volume d'eau déplacé. En divisant le volume déplacé par le poids de la couronne, il obtient la masse volumique de la couronne.
Observant que la masse volumique obtenue ne correspondait pas à la masse volumique de l'or, il confirma que les soupçons du roi étaient fondés.
Exemples pratiques du principe d'Archimède
Voici quelques exemples pratiques du principe d'Archimède :
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Un navire en mer flotte parce que le volume d'eau qu'il déplace est égal à celui du navire. Le poids du navire est compensé par la poussée ascendante de l'eau.
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Les ballons à air chaud sont maintenus en l'air selon le principe d'Archimède. Dans ce cas, le fluide est de l'air. Le ballon est complètement immergé dans de l'air dont la masse volumique est supérieure à celle de l'air chaud. Ainsi, la montgolfière subit une poussée verticale correspondant au poids de l'air déplacé qui est supérieur au poids de l'air chaud combiné au poids de l'ensemble du ballon.
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Les icebergs flottent parce que l'eau gelée a une masse volumique plus faible à l'eau liquide. Selon le principe d'Archimède, le poids total de l'iceberg est égal au poids de l'eau qui occuperait la partie immergée de l'iceberg.
Ces exemples peuvent être facilement testé en utilisant la méthode scientifique.