II - Facteurs agissant sur la flottabilité
La flottabilité est influencée par de nombreux agents qui la modifient.
a) Les matériaux
Pour commencer, la flottabilité varie en fonction de la densité des matériaux utilisés. Nous avons, pour le démontrer, réalisé une expérience grâce à l’application Algodoo. Nous avons créé des coques de même taille et de même forme, mais de matériaux différents (caoutchouc, acier et bois). Nous avons ensuite ajouté dans chaque coque des blocs de pierres de forme et de masse similaires jusqu’à ce que la coque coule. Nous remarquons que la coque en acier coule plus rapidement que les deux autres. Nous pouvons en conclure que la flottabilité dépend des matériaux utilisés et plus précisément de leur masse, de leur densité, mais aussi de leur forme et leur taille.
b) La forme des matériaux
En effet, on peut observer que la forme des navires est souvent similaire. Nous nous sommes donc demandé si elle jouait un rôle important sur la flottaison. L’expérience que nous avons réalisée nous permet de tester différentes formes. Nous avons utilisé de la pâte à modeler que nous avons façonnée en deux formes différentes, l’une en forme de boule, l’autre en forme de coque de bateau. Nous avons observé que la boule coulait tandis que la coque flottait à la surface de l’eau. Nous pouvons en conclure que la forme des bateaux joue un rôle important dans leur flottabilité.
c) La densité de l'eau
L’eau est-elle douce ou salée ? En effet, la quantité de sel dans l’eau est aussi un agent qui agit sur la flottabilité des bateaux. L’expérience que nous avons réalisée se compose d’un récipient transparent dans lequel nous avons mis 0,5 litres d’eau et nous avons ajouté du sel petit à petit. Nous avons observé que sans sel l’œuf coulait, tandis que plus nous ajoutions du sel, plus l’œuf flottait.
L’œuf flottait à environ 100g /L. Nous pouvons en conclure que plus l’eau est salée, plus les objets flottent. Ce phénomène peut être facilement observé dans la mer morte, qui est bien plus salée que les autres mers. En effet, la mer morte possède une densité de 275 g/L, ce qui est beaucoup plus important que la quantité de sel que nous avons relevé.
d) Les différentes forces
Dans l’eau, tous les objets sont soumis à deux forces différentes. Tout d’abord, la poussée d’Archimède est une force dirigée vers le haut, qui dépend du volume du solide immergé, de la masse volumique de ce solide ainsi que de la nature du fluide (voir I – Le principe d’Archimède). C’est elle qui fait flotter le bateau. De plus, le poids est une force dirigée vers le bas qui dépend de la masse du bateau, et de l’intensité de pesanteur (sur Terre, elle est égale à 9,81 N/kg) et le fait couler. Un bateau peut donc flotter seulement si la poussée d’Archimède est plus grande que son poids.
e) La répartition des charges
Les objets de même forme, avec la même masse mais de tailles différentes ne flottent pas de la même manière. En effet, la répartition des charges est un élément très important dans la flottabilité des bateaux. Un bateau plus grand peut avoir une masse plus importante sans pour autant couler. Nous avons réalisé une expérience avec trois bouteilles de même forme, contenant la même charge, mais de tailles différentes et avons observé que la bouteille la plus petite coulait tandis que les deux plus grandes flottaient.