La poussée d'Archimède | cours + exercice corrigé | physique-chimie spé de lycée
Summary
TLDRThe video script discusses the principle of Archimedes' buoyancy force, providing a clear example of its application in real-world scenarios. It explains how the pressure exerted by a fluid on an object submerged in it varies depending on the depth and volume of the fluid above the object. The script emphasizes the importance of calculating both the buoyant force and the weight of an object to determine its behavior in a fluid, such as whether it will float or sink. Using the formula for buoyant force, which involves the density of the fluid, the volume of the object, and the acceleration due to gravity, the video demonstrates how to calculate the force exerted by air on a balloon. It also calculates the balloon's weight to compare with the buoyant force and concludes that if the buoyant force is greater than the weight, the balloon will rise. The video concludes by encouraging viewers to apply these principles to understand why a weather balloon ascends and by offering further educational resources.
Takeaways
- 😀 Understanding Archimedes' principle: The script explains the concept of buoyancy and Archimedes' principle, which states that an object submerged in a fluid experiences an upward force equal to the weight of the fluid it displaces.
- 📊 Pressure distribution in fluids: It describes how pressure in a fluid is not uniformly distributed, with greater pressure at greater depths. This knowledge is crucial for understanding buoyant forces in different scenarios.
- ⚖️ Comparison of forces: The script emphasizes the comparison between the weight of an object and the buoyant force exerted by the fluid. This comparison determines whether the object sinks, floats, or rises.
- 🎈 Application to real-world scenarios: It discusses practical applications of Archimedes' principle, such as in weather balloons, to measure atmospheric conditions.
- 🧪 Formulas for calculation: Various formulas are introduced for calculating buoyant force and weight, highlighting the importance of understanding and applying these equations correctly.
- 📝 Importance of data accuracy: The script emphasizes the significance of using accurate data, such as fluid density and volume, in calculations to obtain reliable results.
- 🔍 Data interpretation: It provides guidance on interpreting data from problem statements and extracting relevant information for calculations.
- 🚀 Factors influencing buoyancy: Factors such as fluid density, object volume, and gravitational intensity are discussed as key determinants of buoyant force.
- 📚 Need for conceptual clarity: Conceptual understanding of buoyancy and related principles is crucial for solving problems accurately, as demonstrated in the script's examples.
- 💡 Educational resources: The script encourages using educational platforms for additional learning and support in scientific subjects like physics, chemistry, and mathematics.
Q & A
What is the principle of Archimedes' buoyancy?
-The principle of Archimedes' buoyancy states that an object submerged in a fluid experiences an upward force called buoyancy, which is equal to the weight of the fluid displaced by the object.
How is the pressure exerted by a fluid on an object distributed?
-The pressure exerted by a fluid on an object is not distributed uniformly. It increases with depth, meaning that the pressure is greater at the bottom of the object than at the top due to the increased column of fluid above it.
Why do objects submerged in a fluid experience a force directed upwards?
-Objects submerged in a fluid experience an upward force due to the greater pressure exerted on the bottom surface of the object compared to the top, resulting in a net upward force known as buoyancy.
What is the formula for calculating the buoyant force exerted by a fluid on an object?
-The formula for calculating the buoyant force is: Buoyant Force = (Mass density of the fluid) x (Volume of the object) x (Acceleration due to gravity).
Why is it important to consider the mass density of the fluid outside the object when calculating buoyant force?
-The mass density of the fluid outside the object is used because the buoyant force is a result of the pressure exerted by the fluid on the object's surface, which is determined by the fluid surrounding the object.
How does the weight of an object compare to the buoyant force when determining if the object will float or sink?
-If the buoyant force is greater than the weight of the object, the object will float. If the weight is greater, the object will sink. The object will remain neutrally buoyant if the buoyant force equals the weight.
What is the formula for calculating the weight of an object?
-The formula for calculating the weight of an object is: Weight = Mass x Acceleration due to gravity.
Why is it crucial to maintain the correct number of significant figures in physics and chemistry calculations?
-Maintaining the correct number of significant figures ensures the precision and accuracy of the calculation, reflecting the level of certainty in the measured or calculated values.
What is the role of buoyant force in the operation of weather balloons?
-The buoyant force allows weather balloons to rise in the atmosphere. If the buoyant force is greater than the weight of the balloon, it will ascend and be used for various meteorological measurements.
How does the depth of an object in a fluid affect the pressure it experiences?
-The deeper an object is submerged in a fluid, the greater the pressure it experiences due to the increased column of fluid above it, which results in a greater buoyant force.
Why is the buoyant force often negligible in the case of a car compared to its weight?
-For common objects like cars, the weight of the object is usually much greater than the buoyant force it experiences in air or water, making the buoyant force negligible in most practical scenarios.
What should one do when faced with a calculation involving both the buoyant force and the weight of an object?
-One should calculate the value of both forces using the appropriate formulas and then compare them to determine the net force acting on the object and predict its behavior (whether it will float, sink, or remain neutrally buoyant).
Outlines
🧠 Understanding Archimedes' Principle
This paragraph explains the principle of Archimedes' buoyancy force. It begins by describing how a fluid exerts pressure on an object, with more pressure at greater depths. It emphasizes that objects submerged in a fluid always experience an upward force, known as buoyancy. The paragraph illustrates this concept using examples of objects in water and air, highlighting the importance of considering buoyancy in various scenarios, such as with hot air balloons.
🎈 Calculating Archimedes' Buoyant Force
In this section, the process of calculating the buoyant force acting on an object is detailed. It introduces the formula for Archimedes' principle, which involves parameters such as fluid density, volume of the object, and gravitational acceleration. The paragraph emphasizes the importance of using the correct fluid density, typically the density of the surrounding fluid. It then provides a step-by-step calculation example, ensuring precision by maintaining the appropriate number of significant figures.
Mindmap
Keywords
💡Buoyancy
💡Archimedes' Principle
💡Fluid Pressure
💡Helium Balloon
💡Force Balance
💡Mass Density
💡Volume
💡Gravity
💡Weight
💡Significant Figures
💡Helium
Highlights
The principle of Archimedes' buoyancy is reviewed through an example.
An object in a fluid experiences pressure exerted by the fluid, represented by black arrows.
Pressure is not uniformly distributed; it increases with the height of the fluid column above the object.
The pressure is greater at the bottom of the object due to the increased weight of the fluid above it.
Archimedes' principle states that an object in a fluid always experiences an upward force.
In air, buoyancy can often be neglected except in specific cases like hot air balloons.
For common objects like cars, the weight usually outweighs the buoyant force.
Balloons used for weather measurements, like weather balloons, utilize Archimedes' principle to ascend.
Force balance is considered, including weight and buoyancy, to determine if an object will rise or not.
Buoyant force is calculated using the formula involving the fluid's density, object's volume, and gravity.
It's crucial to use the density of the fluid outside the object, not inside, for buoyancy calculations.
The weight of the balloon is calculated to compare with the buoyant force and determine if it can ascend.
The balloon ascends if the buoyant force is greater than the weight acting on it.
The video provides a step-by-step calculation of the buoyant force and weight on a weather balloon.
The importance of retaining significant figures in physics and chemistry calculations is emphasized.
The video concludes by explaining why the weather balloon can rise based on the calculated forces.
The video also cautions against common pitfalls, such as using the wrong fluid density in calculations.
The content is aimed at students who need help with scientific subjects like physics and chemistry.
The video ends with an encouragement to like the video and subscribe for more educational content.
Transcripts
dans cette vidéo nous allons revoir
ensemble le principe de la poussée
d'archimède et à travers un exemple
corriger je te propose de voir comment
l'appliquer de manière très concrète
lors d'un exercice ou lors d'un contrôle
pour plus jamais te tromper alors
commençons tout d'abord par revoir
ensemble ce que c'est que la poussée
d'archimède en disposant un objet dans
un fluide
le fluide il va exercer une pression sur
notre objet donc ici la pression va être
symbolisé par des flèches noires
la pression va s'exercer sur toute la
surface de l'objet mais elle ne va pas
être répartis uniformément plus la
colonne de fluides à l'extérieur de
l'objet va être importante plus la
pression va augmenter donc c'est à dire
que plus tu vas avoir de fluides au
dessus de tout objet plus la pression va
être grande tu imagines que si ton objet
il fait un mètre de haut en bas de son
objet tu as plus de fluides qui peut
exercer une pression dessus imagine que
tu poses d'un objet dans la piscine les
piscines de 1 mètre de profondeur
tu imagines bien que quand tu es en haut
de l'objet tué à la limite de la piscine
donc tu n'as pas d'autre qui exercent de
pression dessus pointu et tout en bas tu
as un mètre d'eau au dessus qui exercent
une pression la pression est plus grande
c'est pour ça que les flèches noires
sont plus grandes en bas de l'objet qui
ont donc les pressions sur le côté elle
ce qu'on pense d'eux à deux donc c'est à
dire que la pression de gauche va être
parfaitement compensé avec la pression
de droite c'est comme s'il n'y avait
rien mais tu t'aperçois qu'il n'y a plus
que deux choses il ya une pression qui
s'exerce sur la face duo diriger vers le
bas et une pression qui s'exerce sur la
face du bar dirigés vers le haut en bas
tu as une pression plus importante à
cause du phénomène dont on parlait tout
à l'heure
donc pour cette raison tu n'as plus que
une force
en résultante qui est sûre exercée sur
la face du bas est dirigée vers le haut
son objet
donc dans un fluide un objet a subi
toujours une force dirigée vers le haut
et ça c'est la poussée d'archimède
quand tu es dans l'eau très souvent tu
ne peux pas la négliger quand tu es dans
l'air ça dépend des exercices quand tu
as parlé de montgolfières de balmont
sont ou ce genre de choses tu ne pourras
pas la négliger
si tu vas parler de choses plus
courantes une voiture toi quand même un
souvent la poussée d'archimède doit être
négligé devant le poids même si elle
existe toujours
donc ce rappel est en fait on va pouvoir
expliquer comment un ballon sonde un
ballon-sonde notamment utilisé pour des
relevés météo fait pour s'élever en
premier dans ce genre d'exercice il
conviendra toujours de lister les forces
en jeu c'est le fameux bilan des forces
contout demande pour un objet sur terre
dans l'atmosphère ou dans l'eau il ya
toujours au moins de force a indiqué le
poids et la poussée d'archimède qu'elles
soient négligés ou non devant le point
le poids et la poussée d'archimède
s'oppose le poids est dirigée vers le
bas la poussée d'archimède et dirigé
vers le haut il n'y a donc que deux
issues possibles quand il n'y a que ces
deux forces qui s'exercent sur un objet
soit le poids il est trop important par
rapport à la poussée d'archimède et dans
ce cas là le pouce et archimède ne
parvient pas à compenser le poids
l'objet reste au sol c'est le cas d'une
voiture mais on parlait tout à l'heure
par exemple deuxième cas la poussée
d'archimède est plus grande que le poids
dans ce cas là la résultante de force
elle est dirigée vers le haut et tout
objet va s'envoler pour savoir dans
lequel des deux cas tu te situes n'y a
pas d'autre solution
tu doit calculer la valeur des deux
forces à partir des formules adéquates
question numéro 2 on doit calculer la
valeur de la poussée d'archimède exercée
par l'air sur le ballon pour ça il faut
connaître la formule que je te rappelle
ici
or cette formule elle peut faire un
petit peu peur moi ya pas eu énormément
de terme est un peu de lettres grecques
la masse volumique du volume et de
l'intensité de la pesanteur alors on va
l'expliquer donc pu ici c'est le symbole
qu'on utilise très couramment pour la
poussée d'archimède qui est une force
donc avec une unité en newton la masse
volumique c'est en kg par mètre cube et
on prend bien la masse volumique du
fluide à l'extérieur de l'objet anna qui
sied à l'extérieur du ballon et pas
l'intérieur tu vois c'est très important
le volume donc le volume de l'objet qui
si en mètres cubes et l'intensité de la
pesanteur
quand on est sur terre 9,81 environ
cette formule et les unités associés
sont bien entendu à connaître par coeur
ici dans notre énoncé il nous manque des
choses les fameuses données
les voici une fois que tu en es là pour
pouvoir faire le calcul tu vas devoir
aller à la pêche aux données dans
l'énoncé donc ici on a les données
nécessaires qui nous sont donnés ici en
violet et on peut remplacer les valeurs
données dans les lancers on n'obtient
que la poussée d'archimède c'est égal à
1,27 la masse volumique de l'air x 50 le
volume du ballon sont fois la pesanteur
9,80 on trouve 6 122,9 135 mille tonnes
on n'oublie pas comme toujours en
physique chimie pour avoir le maximum de
points de conserver le bon nombre de
chiffres significatifs donc ici toutes
les données de l'énoncé en comporte
trois donc nous on en conserve 3
également on trouve une force de 623
newton comme je le disais tout à l'heure
mais j'insiste vraiment dessus car c'est
très important de ne pas tomber dans ce
genre de piège
ici tu vois que dans l'énoncé on nous
donne la masse volumique de l'hélium
également c'est une donnée inutile ce
genre de piège il sera courant on
utilise la masse volumique du fluide en
dehors de l'objet donc si tu plonges 1
objet dans de l'eau tu utilises la masse
volumique de l'eau si tu plonges un
objet dans l'air dans l'atmosphère
j'utilise la masse volumique de l'air tu
ne prends pas la masse volumique du
fluide qui est à l'intérieur de demandes
ges n'a pas d'intérêt surtout ça serait
très faux quand tu calcules la poussée
d'archimède de faire ça
troisième question on va calculer la
valeur du poids du ballon pour pouvoir
comparer le poids la poussée d'archimède
et savoir si notre ballon va pouvoir
monter ou non donc la formule du poids
et est égale amg si tu n'es pas très à
l'aise avec cette formule je t'invite à
aller revoir la vidéo que je met tout de
suite en rien l'objet de cette vidéo
n'étant pas le calcul du poids je vais
pas m'attarder énormément dessus
cette formule est également à connaître
par coeur bien entendu le poids c'est
égal à la masse fois j'ai donc la masse
du ballon c'est 30
j'essaie toujours 9 81 et on trouve un
poids de 294 hughton
on peut enfin conclure donc à partir des
résultats des questions une à trois on
va pouvoir expliquer pourquoi le ballon
s'élève donc ici sur notre ballon on n'a
que deux forces qui s'exercent la
poussée d'archimède diriger vers le haut
et le poids diriger vers le bas la
poussée d'archimède
elle est plus grande que le poids
puisqu'elle vaut un peu plus de 600
mille tonnes alors que le poids ne vaut
qu'un peu moins de 300 newton la poussée
d'archimède à l'étang est en plus
importante que le poids l'âge résultante
des deux forces elle est dirigée vers le
haut et le ballon s'élève la poussée
d'archimède et en plus grande que le
poids le ballon va pouvoir s'élever et
c'est pour ça que ton ballon voilà bah
écoute c'est tout pour cette vidéo si tu
trouves ce contenu intéressant n'oublie
pas le petit boost bleus avant de partir
et si jamais tu es au collège ou au
lycée et que tu cherches de l'aide dans
des matières scientifiques
à bonoua l'achète pour avoir accès à de
nombreuses vidéos de physique chimie et
de maths et à bientôt pour d'autres
vidéos
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