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La Physique-Chimie autrement
P.178

La Physique-Chimie autrement


La Physique-Chimie autrement




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La couronne de Hiéron est-elle en toc ?

À Syracuse dans l’antiquité, le roi Hiéron confie un lingot d’or à un artisan pour qu’il lui confectionne une couronne. Archimède est chargé de vérifier que tout l’or a bien été utilisé par l’artisan, mais sans abimer la couronne !

1
La masse volumique de l’argent est plus faible que celle de l’or. Qui de la couronne trafiquée ou du lingot sera le plus volumineux ?



2
Comment peut-on comparer les deux volumes ?




Archimède (287 à 212 av. J.-C.).

Archimède.

Doc. 1
La solution d’Archimède.

Archimède pèse la couronne et constate que sa masse est la même que celle du lingot fournie par le roi... Mais peut-être la couronne est-elle faite d’un lingot d’argent de même masse, et simplement recouverte d’une mince couche d’or ? Archimède résout ce problème en vérifiant si le volume de la couronne correspond lui aussi à celui du lingot d’or.
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Pourquoi les bateaux flottent-ils ?

De nombreux voiliers sont faits en aluminium. Comment peuvent-ils flotter ?

1
Un bloc d’aluminium flotte-t-il ou coule-t-il dans l’eau ?



2
Explique en quelques phrases comment les voiliers à coque en aluminium peuvent flotter.



Doc. 1
Masses volumiques de quelques corps.

substance chêne (bois) aluminium eau de mer air
p (en kg/dm3) 0,6 2,70 1,03 0,0012

Doc. 2
Flottaison de trois demi-cylindres.

<stamp theme='pc-green1'>Doc. 2</stamp> Flottaison de trois demi-cylindres.

Doc. 3
Un bateau vide ne l’est pas vraiment !

Pour savoir si un bateau peut flotter ou non sur l’eau, il faut considérer la masse volumique moyenne de tout le bateau, qui prend en compte ce qu’il contient (air, cargaison, etc.). Ainsi, un bateau « vide » est en réalité rempli d’air. Plus on le charge, plus sa masse volumique moyenne augmente et plus il s’enfonce. Entièrement rempli d’un cargaison dont la masse volumique vaut ou dépasse celle de l’eau, il coule.
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Exercice 8 : Où va l'eau chaude, où va l'eau froide ?

▸ Étapes de la fabrication :  Matériel :- 4 bocaux en verre identiques, ayant si possible un bord épais.- Du colorant (ou de l’encre).- Du carton fin ou du papier épais.- De l’eau chaude et de l’eau froide.- Un grand plateau à hauts rebords. Colore l’eau froide d’une couleur (par exemple bleue) et si possible l’eau chaude d’une autre. Remplis à ras bord deux bocaux d’eau froide et deux d’eau chaude. Pose le papier cartonné sur un bocal d’eau froide, retourne-le en tenant le carton et dépose-le sur un bocal d’eau chaude. Retire le carton et observe. Avec les deux autres bocaux, fais l’inverse : retourne celui d’eau chaude et dépose-le sur celui d’eau froide. ▸ Des questions à se poser :

1
L’eau chaude et l’eau froide se mélangent-elles lors des deux expériences ?



2
Quelle eau reste au dessus/en dessous ? Laquelle est la plus dense ?



3
La masse volumique de l’eau dépend-elle de la température ? Comment varie-t-elle ?




Doc. 1
Le matériel.

<stamp theme='pc-green1'>Doc. 1</stamp> Le matériel.


Doc. 2
Préparation de la première expérience.

<stamp theme='pc-green1'>Doc. 2</stamp> Préparation de la première expérience.

Doc. 3
La deuxième expérience, carton enlevé.

<stamp theme='pc-green1'>Doc. 3</stamp> La deuxième expérience, carton enlevé.

Explication scientifique

Lorsqu’on dépose le bocal d’eau chaude au dessus du bocal d’eau froide, l’eau chaude reste en haut et ne se mélange pas avec l’eau froide. Au contraire, lorsque l’eau froide est au dessus, elle tombe dans l’eau chaude. La masse volumique de l’eau varie ici : l’eau chaude a une masse volumique plus faible que celle de l’eau froide, elle « flotte » !
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