Mécanique : comment contrôler le mouvement et l’équilibre de divers systèmes ? Exploiter la force d’Archimède
Objectifs 
- Déterminer expérimentalement la valeur de la force d’Archimède.
- Déterminer expérimentalement les paramètres influant sur la valeur de la force d’Archimède (masse volumique du fluide, volume immergé).
Matériel 
- une balance
- une éprouvette graduée
- un dynamomètre à disque 2N
- une masse
- une pissette d’eau du robinet
- du sel
- un tableau métallique.
Dans la suite du document, ce symbole signifie « Appeler le professeur ».
Pensez à préciser les unités des valeurs relevées ou calculées.
★ = 1 pt ☆ = 0,5 pt
Mesurer la poussée d’Archimède
………. / 8 pts
1.) Mesurer, en g, la masse du solide (arrondir à l’unité) :
msolide = …………….
☆ C3
2.) Compléter le tableau de conversion des masses :
| ……………………………………….. | ……………………………………….. | ……………………………………….. | g | ……………………………………….. | ……………………………………….. | ……………………………………….. |
☆ C1 C3
3.) Convertir la masse du solide en kg (arrondir à 0,001) :
msolide = …………….
☆ C1 C3
4.) Mesurer, en N, le poids du solide avec le dynamomètre ( ⚠ vous penserez à vérifier le réglage du 0 du dynamomètre avant toute mesure ⚠), arrondir à 0,01 :
Psolide_expérimental = …………….
☆ C3
5.) Rappeler la formule de calcul du poids en N :
◻ P = g / m
◻ p = F / S
◻ P = m / g
◻ P = m x g
6.) Calculer, en N, le poids du solide (on prendra g = 9.81 N/kg), arrondir à 0,01 :
Psolide_calculé = …………….
☆ C3
7.) Comparer Psolide_expérimental et Psolide_calculé. Que pouvez-vous en déduire sur la précision de mesure du dynamomètre ?
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….
☆ C2 ☆ C4
8.) Verser 0,08 l d’eau du robinet dans l’éprouvette graduée et relever, en ml, le volume versé :
Vliquide-initial = ……………..
☆ C3 ☆ C2
Immerger le solide dans le liquide comme présenté ci-contre.
9.) Relever avec précision, en N, la valeur de la force mesurée sur le dynamomètre, arrondir à 0,01 :
F = ……..
☆ C3
10.) Présenter votre montage et votre résultat au professeur.
☆ C5
11.) Entourer les réponses correctes :
La force F est ( inférieure – supérieure – égale ) au poids P du solide. Il existe donc une force FA ( horizontale – oblique – verticale ) qui ( tire – pousse ) le solide vers le ( bas – haut – sud ).
Cette force FA est appelée la poussée d’Archimède.
☆☆ C2
12.) Calculer, en N, arrondi à 0,01, la poussée d’Archimède :
FA = P – F = …………………. = ……………….
☆☆ C3
Calculer la poussée d’Archimède
………. / 12 pts
13.) Relever, en ml, le nouveau volume de liquide :
Vliquide-final = ……………..
☆☆ C3
14.) Calculer, en ml, le volume de liquide déplacé par l’immersion du solide :
Vliquide-déplacée = Vliquide-final – Vliquide-initial = ……………..
☆☆ C3
15.) Compléter le tableau de conversion suivant :
☆☆ C3
16.) Convertir Vliquide-déplacé en m3 :
Vliquide-déplacé = ……………..
☆☆ C3
Formule de calcul de la valeur de la poussée d’Archimède
FA = ρ g V
FA : poussée d’Archimède (N)
ρ : masse volumique du fluide déplacé (kg/m3)
g : intensité de pesanteur (N/kg)V : volume du fluide déplacé (m3)
V : volume du fluide déplacé (m3)
17.) A partir de la formule de calcul de la valeur de la poussée d’Archimède, déterminer la formule de calcul de la masse volumique du fluide déplacé :
ρ = ……………….. / ………………..
☆☆ C2
18.) Calculer la masse volumique du liquide dans l’éprouvette en utilisant les valeurs FA et Vliquide-déplacé déterminées pendant l’expérience (on prendra g = 9,81 N/kg). Arrondir à l’unité :
ρ = ……………….. / ……………….. = ………………..
☆ C1 C2 ☆ C3
19.) Chercher sur internet la valeur de la masse volumique de l’eau du robinet et la comparer à la valeur théorique trouvée à la question 18.). Qu’en pensez-vous ?
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….
☆ C1 ☆ C4
20.) Calculer la masse de sel à dissoudre pour obtenir 80 ml de solution d’eau salée de concentration 200 g / L :
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….
☆ C1 ☆ C3
Rappel : Cm = m / V
Cm : concentration massique en g/l
m : masse de soluté en g
V : volume de solvant en L
21.) Présenter votre montage et votre résultat au professeur.
☆☆ C5
22.) Proposer un protocole permettant de déterminer la masse volumique de l’eau salée (de concentration 200 g / L) ρeau_salée en présentant et expliquant le détail de vos mesures et calculs :
☆☆ C2 ☆☆ C3 ☆☆ C4
Compétences, capacités et connaissances issues du référentiel BAC PRO Premières – Physique Chimie Education Nationale
Capacités
Déterminer expérimentalement la valeur de la force d’Archimède.
Déterminer expérimentalement les paramètres influant sur la valeur de la force d’Archimède (masse volumique du fluide, volume immergé).
Connaissances
Savoir que la résultante des forces de pression sur un objet placé dans un fluide à l’équilibre est nommée force d’Archimède.
Connaître les caractéristiques de la force d’Archimède et les facteurs qui influencent sa valeur.
Savoir qu’un corps est en équilibre dans un fluide lorsque la force d’Archimède équilibre son poids.
Savoir qu’un corps solide peut flotter à la surface d’un liquide quand sa masse volumique est inférieure à celle du liquide.
Compétence – C1
S’approprier
Rechercher, extraire et organiser l’information.
Traduire des informations, des codages.
Compétence – C2
Analyser
Raisonner
Émettre des conjectures, formuler des hypothèses.
Proposer, choisir une méthode de résolution ou un protocole expérimental.
Élaborer un algorithme.
Compétence – C3
Réaliser
Mettre en œuvre une méthode de résolution, des algorithmes ou un protocole expérimental en respectant les règles de sécurité.
Utiliser un modèle, représenter, calculer.
Expérimenter, faire une simulation.
Compétence – C4
Valider
Exploiter et interpréter des résultats ou des observations de façon critique et argumentée.
Contrôler la vraisemblance d’une conjecture, de la valeur d’une mesure.
Valider un modèle ou une hypothèse.
Mener un raisonnement logique et établir une conclusion.
Compétence – C5
Communiquer
Rendre compte d’un résultat, à l’oral ou à l’écrit en utilisant des outils et un langage approprié.
Expliquer une démarche.