Principe d'Archimède

Lorsqu’un corps est submergé dans un fluide, comme la pression hydrostatique augmente avec la profondeur, chaque partie du corps est soumise à une pression différente qui dépend de la profondeur à laquelle elle se trouve. Il en résulte une force dirigée ver le haut exercée par le fluide sur le corps qui s’appelle la portance.

Pour calculer la norme de la portance, nous pouvons faire l’expérience imaginaire décrite dans la figure ci-dessus. Nous pouvons remplacer le corps submergé par le même volume de fluide. Ce volume de fluide est en équilibre (car le fluide ne s’écoule pas), et est soumis en chacun de ses points à la même pression que le corps. Par conséquent, la portance qui agit sur le corps vers le haut doit avoir exactement la même norme que celle du poids du volume de fluide imaginaire.

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Dans le traité Des corps flottants, écrit au alentour de 250 av. J.-C., Archimède de Syracuse déclare:

Tout corps plongé dans un fluide au repos subit une force verticale dirigée de bas en haut et opposée au poids du volume de fluide déplacé.

Ce qui est connu comme principe d’Archimède.

À partir du principe d’Archimède nous pouvons déduire que tous les corps qui ont le même volume sont soumis à la même poussée. Cependant, tous ne flotteront pas, ceux qui sont plus denses que le fluide auront un poids supérieur et couleront, et ceux qui sont moins denses flotteront partialement.

C’est la raison pour laquelle un bateau flotte, mais si on jette à la mer un bloque dense constitué du même matériau, il coulera généralement. Le bateau, de part sa forme, déplace un volume de fluide bien supérieur à celui d’un bloc dense et par conséquent la portance sur le bateau sera plus élevée (voir la figure ci-dessous).

Si nous appelons F la portance qui agit sur le corps, lorsqu’il flotte son poids doit être égale à F.

Et à l’équilibre nous avons:

La densité d’un corps détermine s’il flottera ou s’il coulera lorsqu’il est placé dans un liquide. Si le corps est moins dense que le liquide, le corps flottera. Si il est plus dense que le liquide, il coulera. Mais la portance sera toujours la même. Les trois situations possibles sont représentées dans la figure suivante:

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