Flottabilité

Définition

La flottabilité, basée sur le principe d'Archimède, établit que tout corps de forme arbitraire qui est immergé (partiellement ou totalement) dans un fluide, aura une action d'une force nette dans le sens opposé du gradient de la pression locale.

Si le gradient de pression découle de la gravité, la force nette est dans la direction opposée à la verticale de la force gravitationnelle. Cette force verticale est appelée la flottabilité ou la poussée d'Archimède et est égale en grandeur, mais de sens opposé, au poids du fluide déplacé. Elle implique la flottaison des navires par exemple.

La flottabilité d'une pièce de monnaie :

La flottabilité statique fait flotter une pièce de monnaie dans le mercure.

Explications

La flottabilité statique est une force de gravitation sur un corps dans des liquides ou des gaz. La flottabilité statique est causée par le déplacement du milieu environnant. Il fait flotter les navires, les ballons à air chaud, les bulles dans l'eau, les gaz d'échappement chauds et les nuages d'orage.

⭐ La force de l'élévation statique résulte du principe d'Archimède. Elle est également en rapport avec la pression osmotique (voir pression osmotique) et la pression hydrostatique (eau) avec un potentiel de pression (voir aussi pompe à vide et pression).

Dans le cas d'un navire, par exemple, son poids est équilibré par la force de cisaillement de l'eau déplacée, ce qui lui permet de flotter. Si une cargaison est chargée sur le navire, il s'enfoncera plus dans l'eau et entraînera le déplacement d'un volume plus grand d'eau et devra ainsi recevoir une force supérieure soutenue pour équilibrer le poids qui a augmenté.

Cause et équation

La force de flottabilité est due au fait que la pression hydrostatique dépend de l'altitude du lieu considéré. Sur le dessous du corps exerce une pression plus élevée que sur le dessus. Si aucun fluide ne parvient au fond du corps, le principe d'Archimède ne s'applique pas. Dans ce cas, cependant, une force de flottabilité peut en résulter.

La flottabilité statique correspond au poids de la déformation correspondante du fluide. Le fluide peut être un liquide tel que de l'eau ou même un gaz tel que de l'air. Cette connexion est connue sous le nom de principe d'Archimède.

Sur un corps qui est dans un fluide de densité ρ (rho) submergé, donc une force de flottabilité F_A agit avec la relation-équation : F_A = gρV. V est le volume de fluide déplacé par le corps. Le produit ρV (rho-V) est la masse de fluide déplacée par le corps. et gρV est son poids.

Le paradoxe hydrostatique dit que la pression ne dépend que de la profondeur et non de la forme d'un fluide. Par conséquent, la force de flottabilité est indépendante de la quantité de fluide dans laquelle le corps est submergé. En conséquence, le principe s'applique également si, par exemple, le liquide présent a un volume inférieur à celui de la partie immergée du flotteur.

Exemples

Les ballons à air chaud et à gaz montent lorsque leur densité moyenne est inférieure à celle de l'air ambiant. En d'autres termes, la masse de tous les composants du ballon, c'est-à-dire le panier, la coquille et le gaz qu'elle contient (air chaud ou gaz vecteur), divisée par le volume total, doit être inférieure à la densité de l'air environnant.

En convection naturelle, les différences de densité permettent la circulation par gravité.

Les navires flottent à l'eau car la partie du navire immergée dans l'eau est plus légère que l'eau déplacée et le poids total du navire correspond au poids total de l'eau déplacée par celle-ci. En raison des grands espaces aériens, la densité moyenne d'un navire est inférieure à celle de l'eau malgré la lourdeur des matériaux.

Les navires flottants sont en équilibre stable : à mesure qu'ils plongent plus profondément, la flottabilité augmente et ils se redressent. Si elles sont soulevées trop loin, la flottabilité diminue et la gravité les fait plonger à nouveau. Si un navire navigue d'un côté, comme dans le cas des vents tournants ou des vents de travers, le tirant d'eau augmente de ce côté et diminue de l'autre côté.

En fonction des conditions de pression changées, le centre de la flottabilité se déplace et il existe un moment qui neutralise l'inclinaison et ramène le navire à la position de départ dès que l'action extérieure s'est calmée.

Les sous-marins : dans des installations de ballast de plongée statiques, elles sont délibérément inondées. Un sous-marin peut être maintenu dans une certaine profondeur d'eau.

Les structures situées sous le sous-sol sont affectées par la flottabilité lorsque le niveau des eaux souterraines est élevé. Une maison avec une cave en béton armé étanche à l'eau peut flotter lorsque l'eau monte. Par conséquent, ces sous-sols sont inondés délibérément parfois inondés.

Tare Scuba Diver à l'aide d'un gilet stabilisateur, qui peut être rempli via le cylindre à air comprimé. Remplir la veste de flottabilité augmente la flottabilité (flottabilité positive), le volume d'eau déplacée augmente et le plongeur monte. Alors que la pression de l'eau continue de baisser à mesure que la profondeur de la plongée diminue, le BCD continue de s'étendre et le plongeur augmente encore plus rapidement.

Afin de ne pas être entraîné à la surface de l'eau, l'air doit être évacué du BCD. La respiration de l'air comprimé entraîne également une modification du volume du haut du corps. Cet effet peut également être utilisé à plus petite échelle pour le tarage.

volcanisme, geysers, vasières, puits de gaz et de pétrole, mais aussi de puits artésiens reposent sur des effets de flottabilité ainsi que sur le mélange d'un liquide chauffé par le dessous, qui s'intensifie pendant la cuisson en raison de la formation de bulles de vapeur provenant du fond du récipient.

Risque potentiel

Les marchandises stockées et non pavées, qui peuvent flotter dans l'eau, constituent un danger potentiel lors d'une inondation : un réservoir d'huile de chauffage peut flotter dans son compartiment inondé, se renverser, les canalisations peuvent se déchirer et fuir.

Le bois d'oeuvre, les conteneurs d'expédition ou les caisses mobiles peuvent dériver lorsque le niveau d'eau est haut et causer de graves dommages en frappant sur les piliers des ponts, en bloquant le passage des ponts ou en enfonçant les murs de protection contre les inondations.

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