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Dans notre exemple, la balle flotte dans l`eau. Après avoir consulté un ouvrage de référence, on sait que l`eau a une densité d`environ 1.000 kg/m. La densité de nombreux autres liquides courants est répertoriée dans les binas (et autres ouvrages de référence). Vous pouvez consulter une telle liste via ce site. 
Dans notre exemple, si nous avons affaire à un système statique simple, nous pouvons supposer que seule la seule force descendante sur le liquide et l`objet immergé est la force gravitationnelle standard : 9,81 newtons/kg. Cependant, que se passe-t-il si notre balle flotte dans un seau d`eau qui est lancé dans un cercle horizontal à grande vitesse? Dans ce cas (en supposant que le seau tourne assez vite pour s`assurer que ni l`eau ni la balle ne tombent), la force « vers le bas » dans cette situation peut être dérivée de la force centrifuge créée en faisant pivoter le seau, et non de la gravité. 
Résolvons notre exemple de problème en branchant ces valeurs dans l`équation Fb = Vs × D × g. Fb = 0,262 m × 1 000 kg/m × 9,81 Newton/kg = 2 570 Newtons. 
Par exemple, disons que nous voulons savoir si un tonneau cylindrique en bois pesant 20 kilogrammes, 0,75 m de diamètre et 1,25 m de haut flottera dans l`eau. Cela nécessite plusieurs étapes : On détermine le volume avec la formule du volume d`un cylindre, V = (rayon)(hauteur). V = (0.375)(1.25) = 0,55 mètres. Ensuite, nous pouvons résoudre la force de flottabilité sur le navire (en supposant une gravité standard et de l`eau de densité ordinaire). 0,55 m × 1000 kg/m × 9,81 newton/kilogramme = 5.395,5 N. Maintenant, nous devons déterminer la gravité sur le canon. G = (20 kg) (9,81 m/s) = 196,2 N. C`est beaucoup moins que la force de flottabilité, donc le canon flottera sur l`eau. 
Aux fins de cette expérience, il est prudent de supposer que l`eau a une densité standard de 1.000 kg/m. À moins que vous n`utilisiez de l`eau salée ou un liquide complètement différent, la plupart des eaux auront une densité suffisamment proche de cette valeur de référence pour qu`une petite différence ne modifie pas nos résultats. Si vous avez une pipette, cela peut être très utile pour la bonne redistribution de l`eau dans le récipient intérieur. 
Pour les besoins de notre exemple, disons que nous mettons une petite voiture d`une masse de 0,05 kg dans le conteneur intérieur. Nous n`avons pas besoin de calculer le volume de la voiture pour calculer la force de flottabilité, comme nous le verrons à l`étape suivante. 
En d`autres termes, si votre objet flotte, le volume de l`eau déversée est égal au volume de l`objet qui se trouve sous la surface de l`eau. Si l`objet coule, le volume d`eau déversé sera égal au volume de l`objet entier. 
En continuant avec notre exemple, supposons que notre petite voiture coule dans le conteneur le plus à l`intérieur et déplace environ deux cuillères à soupe d`eau (0,0003 m). Pour trouver la masse de l`eau, on la multiplie par la densité : 1.000 kg/m × 0,00003 m = 0,03 kg. 
Ainsi, les objets de faible masse mais de grand volume sont les types d`objets les plus résistants. Cette propriété signifie que les objets creux subissent une forte force de flottabilité. Pensez à un canoë - Il flotte bien car il est creux, donc un canoë peut déplacer beaucoup d`eau sans une masse très élevée. Si les canoës n`étaient pas creux, ils ne flotteraient pas très bien. Dans notre exemple, la voiture a une masse plus importante (0,05 kg) que l`eau déplacée (0,03 kg). Ceci est conforme à ce que nous avons observé : la voiture a coulé.
Calcul de la force de flottabilité
Teneur
La force de flottabilité est la force opposée à la force de gravité sur les objets dans un liquide. Lorsqu`un objet est placé dans un liquide, le poids de l`objet pousse vers le bas sur le liquide (liquide ou gaz) tandis qu`une force ascendante pousse contre l`objet, contre la gravité. En général, cette force de flottabilité peut être calculée en utilisant l`équation Fb = Vs × D × g, où Fb la force de flottabilité est, Vs le volume de la partie immergée de l`objet, D la densité du liquide dans lequel l`objet est immergé et g la gravité. Pour calculer la flottabilité d`un objet, vous pouvez continuer à lire ci-dessous à l`étape 1.
Pas
Méthode 1 sur 2: Utilisation de l`équation de la force de flottabilité
1. Déterminer le volume de la partie immergée de l`objet. La force de flottabilité sur un objet est directement proportionnelle au volume de l`objet qui est immergé. En d`autres termes, plus un objet est submergé, plus la force de flottabilité agissant sur lui est importante. Cela signifie que même les objets qui coulent dans le liquide ont une force ascendante qui les pousse vers le haut. Pour calculer la force de flottabilité sur un objet, votre première étape consiste généralement à déterminer le volume de l`objet immergé dans un liquide. Pour l`équation de la force de flottabilité, cette valeur doit être exprimée en mètres cubes (m).
- Pour les objets complètement immergés dans le liquide, le volume d`eau est égal au volume de l`objet lui-même. Pour les objets qui flottent dans un liquide, seul le volume sous la surface du liquide est inclus.
- Par exemple, disons que nous voulons connaître la force de flottabilité d`une balle en caoutchouc flottant dans l`eau. Si la balle est une sphère parfaite d`un diamètre de 1 mètre (3.3 pieds) et exactement à mi-chemin la balle flotte dans l`eau, alors on peut trouver le volume de la partie sous l`eau en déterminant le volume de la boule entière, puis on en prend la moitié. Puisque le volume d`une sphère est égal à (4/3)π(rayon) , nous savons que le volume de la boule est égal à (4/3)π(0.5) = 0,524 m. 0,524/2 = 0,262 m sous l`eau.
2.Déterminer la densité du liquide. La prochaine étape dans le processus de recherche de la force de flottabilité consiste à définir la densité (en kg/mètre) du liquide dans lequel l`objet est immergé. La densité est une mesure du poids d`un objet ou d`une substance par rapport à son volume. Pour deux objets de volume égal, l`objet avec la densité la plus élevée pèsera plus. En règle générale, plus la densité du liquide dans lequel un objet est immergé est élevée, plus la force de flottabilité est grande. Pour les liquides, il est généralement plus facile de déterminer la densité simplement en la recherchant dans les binas (ou autre ouvrage de référence).
3. Déterminer la gravité (ou autre force descendante). Qu`un objet coule ou flotte dans un liquide, il est toujours soumis à la gravité. Dans le monde réel, cette force descendante constante est égale à 9,81 newtons/kg. Cependant, dans les situations où d`autres forces, telles que la force centrifuge, agissent également sur le liquide et l`objet qui y est immergé, celles-ci doivent également être prises en compte lors de la détermination de la force "vers le bas" totale pour l`ensemble du système.
4. Multiplier le volume × la densité × la gravité. Si les valeurs pour le volume de l`objet (en m), la densité du liquide (en kg/m) et la gravité (ou la force descendante dans le système) sont données, alors la détermination de la force de flottabilité est facile. Il suffit de multiplier ces trois valeurs pour trouver la force de flottabilité en Newtons.
5. Découvrez si votre objet flotte (ou flotte dans l`eau) en comparant la force de flottabilité avec la gravité. En utilisant l`équation de la flottabilité, il est facile de trouver la force qui pousse un objet hors du liquide dans lequel il est immergé. Cependant, avec un peu de travail supplémentaire, il est également possible de déterminer si l`objet flottera ou coulera. Pour ce faire, déterminez la force de flottabilité sur l`ensemble de l`objet (en d`autres termes, prenez le volume entier comme Vs) puis déterminer la gravité poussant l`objet vers le bas, en utilisant l`équation G = (masse de l`objet) (9,81 m/s). Si la force de flottabilité est supérieure à la gravité, l`objet flottera. Par contre, il coulera si la gravité est plus grande. S`ils sont égaux, vous pouvez dire que l`objet reste « flottant » dans le liquide.
6. Utiliser la même approche que pour un liquide avec un gaz. Lorsque vous travaillez sur des questions sur la flottabilité, gardez à l`esprit que le liquide dans lequel l`objet est immergé n`est pas nécessairement un liquide. Les gaz sont aussi essentiellement des liquides, et bien qu`ils aient une densité très faible par rapport à d`autres substances, ils peuvent quand même supporter le poids de certains objets qui y flottent. Un simple ballon d`hélium en est la preuve évidente. Parce que le gaz dans le ballon est moins dense que le liquide qui l`entoure (air ordinaire), il flotte!
Méthode 2 sur 2: Une expérience de flottabilité simple
1. Placez un petit bol ou une tasse dans un plus grand. Avec quelques articles ménagers, il est facile de voir les principes de flottabilité en action! Dans cette expérience simple, nous montrerons qu`un objet immergé subit une flottabilité car il déplace une quantité de liquide égale au volume de l`objet immergé. Pendant que nous faisons cela, nous allons également vous montrer comment trouver la force de flottabilité d`un objet de manière pratique avec cette expérience. Pour commencer, placez un petit récipient ouvert, comme un bol ou une tasse, à l`intérieur d`un récipient plus grand, comme un grand bol ou un seau.
2. Remplissez le récipient intérieur à ras bord. Remplissez maintenant le petit récipient intérieur avec de l`eau. Assurez-vous de le remplir à ras bord sans renverser. Fais attention! Si vous renversez de l`eau, veuillez vider le plus grand récipient avant de réessayer.
3. Immerger un petit objet dans l`eau. Trouvez maintenant un petit objet qui s`insère dans le récipient intérieur qui peut résister à l`eau. Déterminez la masse de cet objet en kilogrammes (vous pouvez utiliser une balance ou une balance qui indique son poids en grammes, puis le convertir en kilogrammes). Ensuite, plongez-le lentement et uniformément sous l`eau jusqu`à ce qu`il commence à flotter ou que vous puissiez à peine le tenir, après quoi vous le lâchez. Une partie de l`eau dans le récipient intérieur se répandra par-dessus le bord dans le récipient extérieur.
4. Mettre l`eau qui déborde dans un verre. Lorsque nous immergeons un objet dans l`eau, une partie est déplacée. Si ce n`était pas le cas, il n`y aurait pas de place pour que l`objet s`enfonce dans l`eau. Lorsque l`eau est repoussée par l`objet, l`eau repousse, ce qui entraîne une force de flottabilité. Prenez l`eau qui a coulé dans le récipient extérieur et versez-la dans une petite tasse à mesurer. La quantité d`eau dans la tasse à mesurer doit être approximativement égale au volume de l`objet immergé.
5. Calculer le poids de l`eau déversée. Puisque vous connaissez la densité de l`eau et que vous pouvez mesurer le volume d`eau déversée avec la tasse à mesurer, vous connaissez également la masse. Convertissez le volume en m (un outil de conversion en ligne utile) et multipliez-le par la densité de l`eau (1.000 kg/m).
6. Comparez la masse de l`eau déplacée avec celle de l`objet. Maintenant que vous connaissez la masse de l`objet immergé dans l`eau et celle de l`eau déplacée, vous pouvez comparer les deux pour voir lequel est le plus gros. Si la masse de l`objet immergé est supérieure à celle de l`eau déplacée, alors il devrait avoir coulé. D`autre part, si la masse de l`eau déplacée est plus grande, alors l`objet doit avoir flotté. C`est le principe de la flottabilité en action - pour rester à flot en tant qu`objet, il devra déplacer une masse d`eau supérieure à celle de l`objet lui-même.
Des astuces
- Utilisez une balance ou une balance qui peut être mise à zéro après chaque lecture pour des lectures précises.
Nécessités
- Petite tasse ou bol
- Bol ou seau plus grand
- Petit objet pour l`eau (comme une balle de tennis)
- Tasse à mesurer
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