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«Oasis of the Seas» est le plus grand navire de croisière du monde d’une masse de 100 000 tonnes, mais il flotte. Les concepteurs de navires utilisent le principe d'Archimède selon lequel, pour qu'un bateau puisse flotter, il doit déplacer un volume égal d'eau plus que son propre poids. Ce concept complexe est rendu plus accessible aux étudiants grâce à des démonstrations et des expériences intéressantes comme celles décrites ci-dessous.
Comment tout a commencé
Dans la Grèce antique, le roi Hiéron II a commandé une couronne à un orfèvre de la région. Il doutait qu'il s'agisse d'or pur. Il a donc confié à Archimède, scientifique et scientifique, la tâche de le découvrir. Archimède entra dans un bain chaud et vit de l’eau se répandre sur le côté alors qu’il s’enfonçait dans la baignoire et réalisait que l’eau déplacée correspondait au volume de son corps. «Eurêka!» S’exclama-t-il en décidant qu’il pourrait utiliser cette technique de déplacement pour calculer le volume et la densité de la couronne. Son test a prouvé que la densité de la couronne était inférieure à celle de l'or. La couronne n'était donc pas de l'or pur.
Balle contre coque
Lorsqu'on lui demande pourquoi un cylindre en aluminium coule, un élève peut mal répondre: «Parce qu'il pèse plus.» Donnez aux élèves deux morceaux de papier d'aluminium de 5 pouces sur 5 pouces. Trouvez la masse des deux. Demandez aux élèves de former une boule serrée avec un carré de papier d'aluminium, de la laisser tomber dans l'eau et de la regarder couler. Expérimentez avec le deuxième carré jusqu'à ce que vous trouviez le moyen de faire flotter l'aluminium. Lorsque l'aluminium a la forme d'un bateau, il flotte car le volume a considérablement augmenté alors que la masse est restée la même. La coque du bateau est remplie d'air, ce qui augmente le volume sans ajouter de poids important. Le bateau flottera si sa masse est inférieure à l’eau qu’il déplace. Avec une coque creuse, le bateau déplacera plus d’eau que la balle.
Ballon flottant à l'hélium
••• Comstock / Stockbyte / Getty ImagesLa force de gravité dépend de la masse de l'objet pour l'abaisser à travers un fluide. Lorsque l'objet commence à couler, la force de la flottabilité agit pour le pousser vers le haut. Si la force de gravitation est supérieure à la force de flottabilité, l'objet va couler. Les ballons à hélium flottent dans l'air, car la masse d'air qu'ils déplacent est supérieure à la masse de l'hélium et du ballon. Attachez un ruban à un ballon à hélium et celui-ci flotte car la force de flottabilité est supérieure à la force de gravitation. Augmentez la force de gravité en augmentant le poids. Attachez des bretzels au ruban, en augmentant le poids jusqu'à ce que le ballon coule. Maintenant grignotez de petits morceaux de bretzel jusqu'à ce que le ballon commence à se lever lentement. Si vous pouvez faire voler le ballon, la force de gravitation est égale à la force de flottabilité.
Raisin flottant
En utilisant le principe d’Archimède, les élèves peuvent déterminer si un objet va couler ou flotter dans différents fluides. Préparez un verre transparent avec de l'eau tiède. Ajouter un raisin et il va couler. Ajoutez du sel au verre et le raisin commence à flotter. Rappelez-vous le principe d'Archimède: si un objet pèse plus que son propre volume dans un fluide, il va couler. L'ajout de sel à l'eau augmentera la masse par unité de volume jusqu'à ce qu'elle soit égale ou plus dense que le raisin. A ce moment le raisin flottera.