La poussée d’Archimède permet de mesurer des volumes de manière très
précise. Elle peut être d’un recours utile pour mesurer une masse volumique,
avec le matériel présent dans une cuisine.
➜ Comment mesurer précisément une masse volumique ?
Objectifs
Tester expérimentalement l’expression de la poussée d’Archimède.
Doc. 1
Principe de la balance hydrostatique
Pour mesurer une masse volumique, il faut d’abord
créer une balance hydrostatique. Pour cela, il est
nécessaire de suspendre l’objet dont on veut mesurer
la masse volumique dans un contenant (par exemple
un saladier) : tous les moyens sont bons (passoire, bout
de sac plastique, papier, etc.). Attention, le système
d’attache ne doit pas toucher le fond ou les côtés.
Puis, peser l’objet seul, bien sec. On notera m0 cette
masse mesurée. Réaliser ensuite une pesée du saladier
rempli d’eau, notée m1. Enfin, une dernière pesée avec
l’objet suspendu dans l’eau, notée m2.
La masse volumique de l’objet vaut alors :
ρ=ρeau⋅m2−m1m0
Doc. 2
Matériel nécessaire
Balance de cuisine
Saladier ou bouteille
plastique découpée
Ficelle
Deux œufs de dates de
péremption différentes
Doc. 3
Poussée d’Archimède
Pour un objet de volume V immergé dans un fluide au
repos, la résultante des forces de pression est :
Π=−ρfluide ⋅V⋅g
Doc. 4
Incertitude due à la résolution
Si la résolution d’une balance numérique est d, la
valeur mesurée de la masse m possède une incertitude
u(m) correspondant à :
u(m)=23d
Toutefois, pour une balance de cuisine de qualité
moindre, on considérera une incertitude supérieure,
de l’ordre de u(m)=0,5 g.
Doc. 5
Photographie du montage
Compétences
✔REA : Mettre en œuvre
un protocole
✔REA : Effectuer des
mesures avec des
capteurs
✔VAL : Évaluer les
incertitudes
Questions
1. Effectuer un bilan des forces et représenter les forces exercées sur l’œuf suspendu puis
sur le saladier rempli d’eau avec et sans œuf.
Dessinez ici
2. Démontrer la formule du
doc. 1(⇧) en utilisant la première loi de Newton.
3. Calculer la masse volumique de deux œufs et préciser quel œuf est le plus dense.
4. Évaluer l’incertitude u(m) puis calculer l’incertitude sur la mesure de la masse volumique
ρ à l’aide de la relation :
ρu(ρ)=(m0u(m))2+2(m2−m1u(m))2
5. Calculer la valeur de la poussée d’Archimède pour les deux mesures précédentes.
Synthèse de l'activité
Rédiger le protocole de mesure d’une masse volumique à l’aide d’une balance hydrostatique.
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