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Tous les liquides sont des fluides, mais il est intéressant de noter que tous les fluides ne sont pas des liquides. Tout ce qui peut s'écouler - tel qu'un gaz - est un fluide et peut créer une force flottante. La flottabilité est provoquée lorsque les zones de pression supérieure situées sous un objet exercent une force ascendante vers les zones de pression inférieure. La quantité de force de flottabilité qu'un fluide exerce, cependant, est déterminée par le volume des objets et selon le principe d'Archimède.
Pascal et Pression
Avant de pouvoir comprendre comment les différences de pression des fluides peuvent affecter la flottabilité, vous devez d'abord comprendre le comportement de la pression dans les fluides. Le principe de Pascals stipule que lorsque la pression est modifiée à un endroit quelconque dans un système fermé, ce changement de pression sera ressenti de manière égale à chaque point du système et dans toutes les directions. Ce principe est celui qui permet aux systèmes hydrauliques de fonctionner. Il stipule également que dans un corps de fluide où il n'y a pas d'autres facteurs qui affectent la pression, celle-ci reste constante et uniforme. Sur Terre, cependant, il existe généralement au moins une autre force qui provoque une variation de la pression d’un fluide, cette force étant la gravité.
Profondeur et Différence
La gravité tire vers le bas sur tout ce qui a de la masse. Par conséquent, lorsque la gravité tire vers le bas un corps de fluide, le poids du fluide dans les parties supérieures du corps empile le fluide dans les parties inférieures, créant ainsi une pression croissante à mesure que vous descendez dans ce fluide. Par exemple, si vous plongez au fond d'un lac, vous ressentirez une pression croissante dans vos oreilles - et peut-être même contre votre corps - plus vous plongez. Si vous arrêtez de nager vers le bas, la pression la plus élevée en dessous vous repoussera vers la zone de pression la plus basse. De cette manière, la gravité a créé une dynamique de pression selon laquelle il y aura toujours plus de pression sous un objet submergé qu'au-dessus de celui-ci.
Archimède et montant
Le philosophe et mathématicien grec Archimède a approfondi cette compréhension de la pression en expliquant pourquoi un fluide applique une certaine force ascendante à un objet et le fait flotter ou le laisser couler. Il a déterminé que la force ascendante était égale au poids de l'eau déplacée par l'objet submergé. Par exemple, l'eau pèse un gramme par centimètre cube. Si vous immergez une balle d'un volume de 25 centimètres cubes, vous aurez déplacé 25 grammes d'eau. Par conséquent, la force de flottabilité résultante sur cette balle sera de 25 Newtons (les unités de Newton mesurent la force). Cette force de flottabilité est toutefois toujours basée sur la masse de l'eau déplacée et non sur la masse de l'objet.
Densité en tant que décideur
La densité est finalement le facteur qui détermine si un objet flotte, coule ou reste neutre dans un fluide. Par exemple, si cette balle de 25 cm3 est creuse et remplie d’air, elle sera plus légère que les 25 grammes d’eau qu’elle a déplacée et flottera. Si la balle est faite d'un matériau plus dense, tel que le fer, elle pourrait être beaucoup plus lourde et couler rapidement au fond de la masse d'eau. Si vous plongez une balle pesant exactement 25 grammes, la force de flottabilité ne la fera pas remonter à la surface, mais l'empêchera tout simplement de couler. Cette balle restera neutre dans le corps du fluide jusqu’à ce qu’elle soit soumise à une force extérieure.