Cette expérience de physique amusante est facile à réaliser.
Matériel
- une planche assez longue (en bois ou en plastique)
- deux verres identiques
- un bout de bois qui ne roule pas
- un petit verre pouvant rentrer dans les autres verres (ou autre objet)
Comme bout de bois, nous avons utilisé un bout de bambou. Comme planche, on peut utiliser un plateau.
Expérience
Remplis avec le même volume d’eau les deux verres (tu peux utiliser une balance si nécessaire). Place la planche au dessus du bout de bois, ce dernier devant se situant au milieu de la planche. Puis place les deux verres remplis aux deux extrémités de la planche, de manière à ce que l’ensemble soit quasiment à l’équilibre lorsque la planche est à l’horizontale. Sois vigilant car cette étape est très importante pour que l’expérience marche.
Plonge un ou deux doigts dans le verre qui est le pus haut. Observe. Tu peux également plonger dans ce verre un objet ou un verre rempli ou non d’eau.
Observations
Tu peux observer que lorsque tu plonges un ou deux doigts dans le verre le plus haut, la planche bascule. Il en est de même lorsque tu plonges le petit verre, ou tout autre objet suffisamment volumineux.
Que se passe-t-il ?
Lorsque tu plonges un doigt ou un objet dans le verre placé en haut, la planche bascule, et pourtant le poids du verre rempli d’eau n’est pas modifié. Ceci peut donc paraître très surprenant !
Pour comprendre cette expérience, il faut réaliser que lorsque l’on plonge le doigt dans l’eau, comme il y a contact entre le liquide et l’objet immergé, il y a nécessairement une force entre le liquide et l’objet. D’après le principe de l’action/réaction, la force exercée par l’eau sur le doigt est l’opposée de la force qu’exerce le liquide sur le doigt : plus précisément, ces deux forces ont même direction, même intensité mais des sens opposés.
Or la force qu’exerce l’eau sur l’objet immergé est une force bien connue : il s’agit de la Poussée d’Archimède, définie comme la résultante des forces de pression du liquide sur l’objet immergé. Cette force est dirigée ver le haut.
Ainsi lorsque l’on plonge un objet dans l’eau, on exerce une force sur le liquide dirigée vers le bas, qui est l’opposée de la Poussée d’Archimède exercée sur l’objet, et la planche bascule.
Cette expérience met donc en évidence l’existence de la Poussée d’Archimède sur un objet immergé.
Pour aller plus loin
Grâce à ce petit dispositif expérimental, tu peux chercher à comprendre ce qui détermine la Poussée d’Archimède. Plonge dans le verre situé en haut le petit verre rempli d’eau et regarde à partir de quel volume immergé du petit verre, la planche bascule. Fais de même avec le petit verre vide. Tu vas remarquer que la planche bascule lorsque le petit verre immergé est situé au même endroit, que le verre soit rempli ou pas. La Poussée d’Archimède ne dépend donc pas du poids de l’objet immergé mais semble donc plutôt dépendre du volume immergé. Tu peux vérifier cela en plongeant un objet moins large (comme le tube en verre sur la vidéo) et tu constateras qu’il faut immerger ce dernier plus profondément pour avoir le même volume immergé.
On peut montrer expérimentalement assez facilement à l’aide d’une balance que la Poussée d’Archimède est égale l’opposé du poids du volume de liquide déplacé. Ce résultat constitue le théorème d’Archimède.
