Pourquoi flotte-t-on ?

La question

Que vous soyez un bateau ou un humain, dans l'eau, vous flottez ! Par quel miracle, un corps humain ou un immense paquebot peut-il flotter ainsi sur les eaux ? Vous vous en doutez tous: c'est grâce à Archimède! Mais savez-vous ce que c'est…?
bouée de sauvetage flottante

La réponse

Logo définition
Si la somme des forces extérieures appliquées à un solide est nulle alors le centre d’inertie de ce solide est soit au repos, soit en mouvement rectiligne uniforme.
Ceci est valable dans un référentiel galiléen et cela s'appelle la première loi de Newton!
 
tir à la corde
A et B tire avec la même force: la corde ne bouge pas!
Sous cet assemblage de mot un peu complexe se cache une réalité toute simple: faites du tir à la corde. Si une personne A à un bout tire sur la corde (ie exerce une force sur la corde), celle-ci bouge, emportant avec elle la personne B. En revanche si la personne B tire exactement avec la même force mais en sens inverse, la somme des forces est nulle: la corde ne bouge pas!
flottement
Ce schtroumpf flotte si la force de poussée de l'eau est égale à son poids.
 
 
Pour un bateau, un humain ou n'importe quoi d'autre, c'est pareil mais les forces sont verticales et s'appellent le poids -qui tend à faire couler l'objet- et la force d'Archimède -qui essaie de le ramener à la surface.
Le poids est de la forme poids et la force de poussée d'Archimède de la forme Archimède
Comme ρ désigne la masse volumique de l'eau (= la masse d'un mètre cube d'eau : 1000kg/m3)  et que V représente le volume immergé de l'objet, la force d'Archimède peut être définie comme une force égale au poids du volume de liquide déplacé par le corps en immersion et s'exerçant de bas en haut.
Logo définition
Pour ceux qui aiment les définitions plus précises:
Tout corps plongé dans un fluide au repos, entièrement mouillé par celui-ci ou traversant sa surface libre, subit une force verticale, dirigée de bas en haut et opposée au poids du volume de fluide déplacé ; cette force est appelée "poussée d'Archimède".
Reprenons avec notre navire: un paquebot a une partie immergée (sous l'eau) et une partie émergée (au dessus de l'eau). Pour que le navire flotte, il faut que le poids du volume d'eau de mer déplacé par la partie immergée du bateau, soit égal au poids total du bateau.
 
Voici un exemple pour les plus courageux:
Supposons un navire en forme de pavé. Il s'agit d'un rectangle de 3m par 1m, de 50cm de haut et pesant au total 200kg. Comme le poids doit être égal à la poussée d'Archimède pour que le bateau flotte, les formules précédentes nous donnent que le volume immergé V de ce bateau doit être de V = m/ρ = 0,2m3.
La surface S du fond du bateau étant de l*L= 3m2, la hauteur h de la partie immergé de bateau sera telle que V=l*L*h=0,2m3.
D'où h=6,7cm. Un bateau de 3 mètres de long et de 1 mètre de large pesant 200kg aura donc une hauteur immergé de 6,7cm pour le cas d'une eau pure. Dans le cas de l'eau de mer, ρ=1025 env., le problème précédent nous donne alors h=6,4cm.
 
Dans le cas du Qeen Mary II, l'un des plus grands paquebot au monde, le calcul précédent donne un tirant d'eau (hauteur sous le niveau de la mer) de 10m pour une hauteur au dessus de 72m. Notons que ce bateau mesure 345 mètres de long, 41 mètres de large et pèse 76 000 t.
 
Pourquoi le Queen Mary flotte
 
Dans le cas d'un humain, le problème est le même. Voici une question pour vérifier votre compréhension: pourquoi flotte-t-on lorsque l'on gonfle ses poumons et pourquoi coule-t-on sinon?
Vous l'aurez compris: en gonflant ses poumons, le nageur augmente son volume: en position de planche, il flotte. En expirant à fond, le poids de son volume équivalent en eau est inférieur à son poids: il coule. 
 
Certains se demanderont enfin pourquoi l'on flotte en planche et pas en boule. Techniquement c'est faux! Faites le test à la piscine, en gonflant vos poumons vous flottez dans les deux cas. Malheusement, en boule, le volume de corps votre émergé est plus faible et ne permet pas de sortir une grande partie de votre corps de l'eau. En position planche, le visage est émergé et vous pouvez respirer et vous relaxer. En boule, du fait de la répartition du poids dans votre corps, c'est votre dos qui dépassera de l'eau: pas pratique pour respirer!
 
Logo astuce
Si vous faites le mort depuis une position quelconque le poids de vos membres vous mettront irrémédiablement sur le ventre et seul votre dos dépassera : comme les noyés dans les films!
 
En résumé...
 
Pour qu'un objet (bateau, personne, peu importe) flotte dans un liquide, il suffit que le poids du volume d'eau déplacé par la partie immergée de l'objet, soit égal au poids total de l'objet.
 
 
Lien retour vers la boite à Pourquoi
Votre note : Aucun(e) Moyenne : 4.1 (11 votes)

Commentaires

Utilisateur non enregistré

Je voulais savoir pourquoi, moi si je fait la planche dans l'eau sur le dos je flotte asser que j'ai la moitié des pieds sortie de l'eau et que mon mari qui sait nager aussi bien que moi. Si il fait la planche ses pieds calle suivit du reste du corps, il pourrait se coucher dans le fond de la piscine sans grandes efforts. Même si il gonfle ses poumons au maximum.

En résumé pourquoi es-ce que certaine personne flotte et d'autre pas? Es-ce que ça a rapport avec notre masse musculaire, notre masse adipeuse ou ????

Portrait de Dom
Bonjour Nathalie,
 
La densité moyenne d'un être humain ayant expiré (ou d'un mort) est de 1.07, soit légèrement supérieur à 1. Cela veut dire que le poids de son corps est légèrement supérieur au poids de son volume en eau. Si l'on expire complètement on devrait donc couler. Au contraire, en inspirant, nous flottons, mais pas très bien. En planche, la moitié de nos pieds ainsi que notre visage sont au dessus de l'eau, mais une grande partie du ventre voir du torse est sous l'eau.
 
Cette densité, c'est une moyenne, et elle est très proche de 1. Du coup, certaines personnes sont plus au dessus, d'autres plus en dessous. Cela provient du rapport entre la masse du corps et son volume.
 
Une personne assez grasse devrait mieux flotter qu'une personne particulièrement sèche. De même, comme le muscle est très dense, une personne très musclée flottera moins bien.
 
La raison pour laquelle votre mari ne flotte pas est qu'il est trop dense. Cela peut avoir plusieurs explications:
- peu de graisse
- beaucoup de muscle
- c'est une personne "nerveuse" (au sens que ses muscles sont particulièrement tendus. C'est pour cette raison qu'une personne effrayée qui apprend à nager coule: tous ses muscles sont contractés).
- son volume pulmonaire est faible: il a moins d'air dans le corps: son volume est plus faible et son corps plus dense.
 
J'espère avoir pu vous apporter quelques éléments de réponse

To the engineer, the world is a toy box full of suboptimized and feature-poor toys. (Adams Scott)

www.axiomcafe.fr

Utilisateur non enregistré

Bonjour,

j espere que vous saurez répondre à ma question...

voila quoi que je fasse je flotte, et je peux rester ainsi pendant des heures sans jamais couler... meme en expirant a fond, je n arrive pas a couler.

Meme dans mon bain en me relaxant, mes jambes se mettent a flotter toute seule...

c est assez agacant pour le bain parce qu aussinon dans une piscine c est plutot chouette pour bronzer ^^

Merci de m expliquer pourquoi, car certain me disent trop d eau ou pas assez dans le corps, trop d air dans le corps enfin un peu de tout... mais vous vous avez l air de savoir de quoi vous parlez...

Un tout grand merci.

Portrait de Dom
Bonsoir,
 
La densité d'un corps humain est d'en moyenne 1.09, c'est à dire qu'il est coule naturellement dans l'eau (densité 1.00). 
 
Toutefois, 1.09 n'est pas loin de 1.00 et il n'en faut pas baucoup pour passer en dessous et flotter. Comme expliqué dans l'article, la cage thoracique pleine d'air influe sur cette densité générale et aide à flotter par exemple.
 
Il se peut donc que vos os soient moins denses que la moyenne, que votre masse générale soit plutôt graisseuse que musculaire (sans insulte !). Ce sont des éléments de ce genre (squelette, composition du tissu, etc..;) qui expliqueront votre propention à flotter. Ce ne sont bien-sûr que des pistes de réponses, et d'autres auront peut-être des commentaires complémentaires.
 
A très bientôt sur AxiomCafe !

To the engineer, the world is a toy box full of suboptimized and feature-poor toys. (Adams Scott)

www.axiomcafe.fr

Utilisateur non enregistré

Bonjour, je trouve votre article très intéressant et ça a répondu à ma question *o*
Par contre pour le calcul il y a un truc que je ne comprends pas pour l*L= 3m^3, ce serait pas plutôt 3m² ?

Portrait de Dom
Bonjour,
 
Tout à fait, il fallait effectivement lire m2 et non m3. La coquille a été corrigée. Merci de votre lecture et à bientôt sur notre site !

To the engineer, the world is a toy box full of suboptimized and feature-poor toys. (Adams Scott)

www.axiomcafe.fr

Utilisateur non enregistré

bonjour Jai lu toute vos explication sur ce phénomène alors expliqué moi pourquoi je flotte depuis mon tout jeune âgé. maintenant âgé de 45 ans je mesure 5pied5, 180lbs et je suis très musclé donc très peu de gras puisque je suis très sportive, que je sois debout dans une piscine ou coucher et même dans un bain je remonte a la surface alors selon votre explication ce serais impossible que je flotte je devais callé au fond

Portrait de Minus
Bonjour,
Avez vous essayé de vider completement vos poumons? Au vu de votre corpulence, vous devriez pouvoir couler si vous expirez à fond!
Si ce n'est pas le cas, alors peut être peut-on expliquer votre problème par une densité plus faible de vos os par rapport à la moyenne? 
J'espère avoir pu vous donner quelques éléments de réponse, 
 
A bientôt sur Axiocafé!
 
 
Utilisateur non enregistré

Bonjour,
J'aimerais savoir pourquoi je flotte de toutes les façons possibles et inimaginables, comme assise en indien, debout en croix, assise comme sur une chaise longue, etc, et tout ça sans faire le moindre mouvement pour rester à la surface? Je dois spécifier que quelque soit mon poids le résultat est le même. Je flotte sans mouvement et sans effort.

Merci!G

Utilisateur non enregistré

Que doit faire une personne musclee pour pouvoir flotter?