Exploiter la force d’Archimède

Principe de la poussée d’Archimède

Énoncé du principe : tout corps plongé dans un fluide subit une force verticale, dirigée de bas en haut, opposée au poids du volume de fluide déplacé.

La poussée d’Archimède est donc une force, notée $\pi$, qui a tendance à faire remonter vers la surface les objets plongés dans un fluide. Cette force s’applique en un point qui est le centre du volume de fluide déplacée par la présence de l’objet. Ce point porte de nom de centre de poussée.

A savoir que la force d’Archimède est influencée par la masse volumique du fluide et le volume d’eau déplacé V.

Conditions de flottabilité d’un matériau

On note P le poids d’un matériau, et $\pi$ la poussée d’Archimède qui s’exerce sur lui lorsqu’il est plongé dans un fluide. On appelle flottabilité $\rm F_l$ d’un matériau la différence entre $\pi$ et P :

$\rm F_l = \pi- P$

Trois éventualités peuvent survenir selon la valeur de $\rm F_l$ :

• Si $\rm F_l>0$ : le matériau flotte à la surface ;
• Si $\rm F_l=0$ : le matériau reste entre deux eaux, il ne flotte pas et ne coule pas ;
• Si $\rm F_l<0$ : le matériau coule.

Conditions d’équilibre d’un corps flottant

Le centre de gravité d’un corps est le point d’application de son poids.

Pour qu’un corps flottant soit en équilibre, son centre de gravité doit être aligné verticalement avec le centre de poussée exercé par le fluide :

• Lorsque le centre de poussée est situé au-dessus du centre de gravité, l’équilibre est stable face aux déplacements du fluide, telle que la houle ;
  
  
• Lorsque le centre de gravité du corps est situé au-dessus du centre de poussée, l’équilibre est instable : il y a risque de chavirement face aux déplacements du fluide, car dans ce cas, $\pi$ et P agissent comme un couple de forces dont la tendance est de retourner le corps pour atteindre l’équilibre stable.

Pour améliorer la stabilité des embarcations, on utilise une quille ou une dérive.