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Physique-ChimieTerminale🚀 Thème 2Chapitre 13Raisonnement classique🟠 Important

Établir la condition de flottaison d'un solide (poussée d'Archimède)

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1.Objectif

Montrer qu'un solide homogène flotte si sa masse volumique est inférieure à celle du fluide, et trouver la fraction immergée.

2.Prérequis

  • Poids P = m·g = ρs·V·g
  • Poussée d'Archimède Π = ρf·Vimm·g
  • Principe d'inertie

3.Situation physique

Un solide homogène de volume V et de masse volumique ρs est posé dans un liquide de masse volumique ρf. On cherche s'il flotte et quelle part de son volume est immergée à l'équilibre.

Poussée d'Archimède
eau1 000 kg·m⁻³​P→​​Π→​

ρ < ρ_eau : l'objet flotte, immergé à 60 % ; alors Π = P.

À l'équilibre, la poussée compense exactement le poids.

4.Démonstration étape par étape

Étape 1

Bilan des forces

Le solide est soumis à son poids, vertical vers le bas, et à la poussée d'Archimède, verticale vers le haut.

P⃗ + Π⃗ = 0⃗ à l'équilibre

Étape 2

Égalité des normes

Les deux forces sont opposées, donc leurs valeurs sont égales.

ρs·V·g = ρf·Vimm·g

Étape 3

Fraction immergée

On simplifie par g et on isole le rapport des volumes.

VimmV = ρsρf

Étape 4

Condition de flottaison

La fraction immergée ne peut pas dépasser 1 : l'équilibre en surface n'existe que si ρs < ρf. Sinon le solide coule.

flotte ⇔ ρs < ρf

5.Interprétation physique

Un glaçon (ρ ≈ 920 kg·m⁻³) dans l'eau (1 000 kg·m⁻³) est immergé à 92 % : c'est pour cela qu'on ne voit qu'une petite partie d'un iceberg.

6.Résultat final

VimmV = ρsρf
flottaison si ρs < ρf

7.Conditions de validité

  • Solide homogène
  • Fluide au repos
  • Équilibre (solide immobile)

8.Erreurs fréquentes

  • Utiliser le volume total V au lieu du volume immergé dans Π.
  • Mettre la masse volumique du solide dans la poussée.
  • Oublier que la poussée est dirigée vers le haut.

9.À retenir

  • ✓ Π = ρfluide·Vimmergé·g.
  • ✓ Équilibre : P = Π.
  • ✓ Fraction immergée = ρs / ρf.

10.Mini-vérification

Quelle fraction d'un bois de 600 kg·m⁻³ est immergée dans l'eau ?

60 %.

Quelle masse volumique intervient dans la poussée ?

Celle du fluide.

Exercices associés

10 exercices corrigés du chapitre 13 pour t'entraîner.

Voir les exercices

Sources : Programme officiel de Terminale spécialité Physique-Chimie (Éduscol). Contenu reformulé pour Phylo.