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Flottabilité : qualité de ce qui peut flotter.

Flotter : être porté sur un liquide (notamment sur l'eau)

Flotteur : corps solide dont la densité est plus faible que celle d'un liquide (et donc apte à flotter).
"Un navire est un flotteur capable de mouvement, construit pour transporter des personnes ou des choses, ou les deux." A. THOMAZI, Les Navires

Ligne de Flottaison : Intersection de la surface externe d'un navire à flot avec le plan horizontal d'une eau tranquille.

Bouée : objet flottant à la surface de l'eau et destiné à soutenir ou à maintenir à la surface des corps submersibles.

Pour en savoir plus sur les propriétés remarquables de la glace et des icebergs.

PRESSION

n. f. En physique, rapport de l'intensité de la force F exercée perpendiculairement à une surface sur l'aire S de cette surface. Ainsi, la pression P est donnée par : P = F / S. Dans le Système International d'unités, la pression s'exprime en pascal (Pa): 1 Pa = 1 N/m². Il existe d'autres unités de pression, les plus courantes étant l'atmosphère (atm), le bar, le «millimètre de mercure». Pour approfondir

3ème loi de Newton

Le principe théorique de transmission de la quantité de mouvement (3e loi de Newton) semble constituer le mécanisme essentiel de création des forces propulsives au cours de la nage.

« Tout corps A exerçant une force sur un corps B subit une force d'intensité égale, de même direction mais de sens opposé, exercée par le corps B ».

A et B étant deux corps en interaction,
la force      (exercée par A sur B)
et la force    (exercée par B sur A)

qui décrivent l'interaction sont directement opposées :

Ces forces ont la même droite d'action, des sens opposés et la même norme. Ces deux forces sont toujours directement opposées, qu' A et B soient immobiles ou en mouvement.
Chaque poussée transfère au fluide une quantité de mouvement qui provoque une réaction de pression du fluide.

Les déterminants essentiels de la quantité de mouvement sont :

Cette accélération est déterminée par la longueur du bras de levier du propulseur et par la puissance de l’élément moteur.

Principe d'Archimède

DENSITE

Densité : rapport de la masse volumique d'un corps sur la masse volumique d'un autre corps pris comme référence. Ce dernier est l'eau pour les liquides et les solides, l'air pour les gaz. La masse volumique d'un corps étant le rapport de la masse du corps sur le volume occupé par cette masse, on peut également dire que la densité d'un gaz est le rapport de la masse du gaz sur la masse d'air qui occupe le même volume et dans les mêmes conditions de température et de pression ; la densité d'un solide ou d'un liquide est la masse du corps sur la masse d'eau correspondant au même volume à 4°C.

Densité des solides et des liquides

Pour connaître la densité d'un solide, il s'agit expérimentalement d'évaluer précisément la masse du corps et celle du même volume d'eau. On peut déterminer la densité en utilisant le principe d'Archimède, au moyen d'une balance hydrostatique. On pèse le corps dans l'air, puis dans l'eau. La différence entre ces deux masses correspond à la masse de l'eau déplacée, ou la masse à 4°C d'un volume d'eau pure égal au volume du corps. La densité du solide est alors le rapport de la masse du corps sur la masse précédemment calculée. Pour déterminer la densité des liquides, on peut utiliser une balance hydrostatique, selon une méthode légèrement différente. Pour les deux types de corps, on peut également utiliser le procédé dit du flacon, qui fait intervenir des doubles pesées. Si l'on considère la définition de la densité faisant intervenir les masses volumiques, celle de l'eau est prise égale à 1000kg/m³.

FORCE

La force en mécanique

Un système soumis à une force peut subir une pression, une traction, une déformation, une accélération, un choc, etc. D'une façon générale, en mécanique classique, l'état mécanique d'un système matériel est complètement déterminé si on connaît, à un instant donné, la position et la vitesse de ses différents éléments. Les accélérations (ou variations de vitesse), auxquelles sont liées les forces par le principe d'inertie (qui implique l'intervention d'une force dans toute modification de la vitesse), sont donc des grandeurs dérivées des grandeurs fondamentales : masse, temps, position.

Deuxième loi de Newton ou Principe Fondamental de la Dynamique Si la masse d'un corps est constante, l'accélération subie par un corps de masse m est proportionnelle à la résultante des forces qu'il subit, et inversement proportionnelle à sa masse m. Ceci est souvent récapitulé dans l'équation : où Fi sont les forces exercées sur l'objet, m est sa masse, et a son accélération.

Le travail d'une force, qui représente l'énergie mise en jeu au cours d'une action mécanique, est proportionnel à l'intensité de la force et au déplacement de son point d'application. L'impulsion d'une force est proportionnelle à son intensité et à sa durée d'action.

L'unité de force est la force qui, appliquée à l'unité de masse, lui imprime une unité d'accélération : dans le Système International, l'unité de force est le newton (qui imprime une accélération de 1 m/s² à une masse de 1 kg ; symbole N). La mesure des forces s'effectue à l'aide de dynamomètres. Du point de vue mathématique, une force est une grandeur vectorielle. La donnée d'un vecteur-force rapportée à un système de référence (galiléen, par exemple) définit simultanément le point d'application, la direction et le sens, ainsi que l'intensité de la force. Étant donné un système de forces, on peut faire glisser une force le long de sa propre direction, ajouter ou supprimer deux forces égales et opposées, ou remplacer plusieurs forces concourantes par leur somme vectorielle (ou résultante, qui peut être nulle). Un système quelconque de forces peut être réduit à un système équivalent, composé d'une force et d'un couple. Dans certains cas, la force exercée sur un corps ne dépend que de la position du corps dans l'espace : à chaque point, on peut attacher un vecteur-force, et l'ensemble de ces vecteurs constitue un champ de forces ; les lignes de force du champ sont les courbes tangentes en chaque point à un vecteur-force.

Force et travail

Toute modification de l'état d'un système matériel traduit l'existence de forces dont le point d'application s'est déplacé et qui ont fourni un travail, c'est-à-dire un échange d'énergie entre deux systèmes. On appelle " isolé " un système qui n'est soumis à aucune force externe et dont l'énergie reste, donc, constante. Cela n'empêche pas le système de se modifier, mais ce sont les forces internes, qui s'exercent entre les parties du système, qui en sont responsables : un satellite artificiel en orbite autour de la Terre est un système isolé, soumis à la force gravitationnelle de la Terre et à sa propre force d'inertie centrifuge, qui s'équilibrent exactement ; cela n'empêche pas les cosmonautes qui l'habitent d'interagir et de produire des transferts d'énergie à l'intérieur du satellite.

On a l'habitude de distinguer deux catégories d'action mécanique : les actions de contact et les actions à distance. Les actions à distance s'exercent entre deux systèmes sans qu'aucun contact mécanique, direct ou indirect, ait lieu ; les actions de contact résultent de forces qui ne se manifestent que lorsque les corps sont en contact, et dont les points d'application sont situés dans les zones de contact. Cette distinction est arbitraire dans la mesure où le contact entre deux corps signifie seulement que les forces d'interaction sont à très courte portée, de l'ordre des distances interatomiques, et que les actions qui en résultent sont donc des actions à (très courte) distance. Cette remarque amène à classer les différentes forces de la nature, en particulier en fonction de leur portée.

MASSE

A la suite d'Isaac Newton, nous appelons masse d'un objet une mesure de la quantité de matière qui s'y trouve contenue. C'est donc un concept statique caractérisant les objets, non leur mouvement. Attirée par les autres masses par le biais de la GRAVITATION universelle, en particulier par celle de la Terre, la masse des corps entraîne leur chute : on dit que la masse est pesante. Cette masse pesante, notée m_p, intervient dans l'équation établissant la proportionnalité, pour un corps donné entre son poids et l'accélération locale de la pesanteur

Mais la masse, en tant que grandeur, a une autre fonction : elle mesure aussi la résistance à la modification du mouvement d'un corps, c'est-à-dire sa capacité d'inertie. On parle alors de masse inerte, souvent notée m_i . Celle-ci s'oppose au changement, en grandeur et en direction, de la vitesse d'un corps qui n'est soumis à aucune force...

Le concept de masse a donc deux acceptions différentes, l'une statique, l'autre dynamique.

Le poids , en un lieu donné, d'un corps matériel de masse m est déterminé par la relation , où représente l'accélération de la pesanteur en ce lieu. Cette relation vectorielle traduit le fait que le poids s'exerce verticalement dans le même sens que l'accélération de la pesanteur. Il s'applique au centre de gravité du corps.

On doit à Isaac Newton d'avoir différencié les deux concepts : masse pesante et poids. Contrairement à la masse, qui est une caractéristique intrinsèque du corps, le poids est une caractéristique locale du corps, fonction du point du globe où s'effectue la pesée et de l'altitude. Ainsi, le poids d'un vaisseau spatial ne cesse de diminuer à mesure qu'il s'éloigne de la Terre. En état d'apesanteur (g = 0) - obtenu, par exemple, dans l'espace, à une distance suffisamment grande de tout astre -, un corps ne subit aucune force d'attraction : son poids est nul.

Mesure d'un poids

La mise en évidence et la mesure du poids d'un corps peuvent s'effectuer à l'aide d'un ressort élastique ; en accrochant un corps à un ressort d'acier à spires non jointives, on observe que, sous l'action du poids du corps suspendu, le ressort s'allonge, et que, si le corps est décroché, le ressort reprend sa longueur initiale ; l'allongement du ressort est proportionnel au poids et prend la même valeur pour un même corps en un même lieu. Un ressort élastique permet donc de mesurer l'intensité d'un poids, par comparaison à un autre poids pris comme unité ; un tel dispositif est appelé dynamomètre (peson à ressort, dynamomètres à lames ou à anneaux d'acier, dynamomètre de Poncelet) ; très commodes, ces instruments sont surtout utilisés lorsqu'une simple estimation du poids est souhaitée, leur sensibilité et leur fidélité étant limitées. La balance, quant à elle, permet la mesure précise des masses, par comparaison du poids du corps considéréà celui d'une masse de référence.

Dans le Système International, l'unité de poids est le newton (symbole : N ). À Paris, le poids d'une masse de 1 kg vaut 9,81 newtons.

Grandeur physique définie comme le rapport entre une force F et la surface S sur laquelle celle-ci s'exerce : p = F / S.

Cette relation montre que la pression est d'autant plus élevée que la force est grande et la surface petite ; ainsi, pour une même force, on peut provoquer une déformation importante, en réduisant la surface pressée (pointes, lames) - la pression est, dans ce cas, élevée -, ou bien limiter ces déformations, en répartissant sur une grande surface (skis, raquettes pour la neige, chenilles pour les sols meubles, etc.) l'action de la force pressante - la pression est, dans ce cas, faible.

À l'échelle moléculaire, l'effet caractéristique de la pression est de réduire les distances existant entre les atomes ou les molécules ; l'augmentation de densité qui en résulte peut aboutir à des transformations cristallographiques (obtention de nouvelles phases solides dues à une réorganisation vers des édifices plus compacts) ou même, dans le domaine des très hautes pressions, à des transformations électroniques conduisant à l'ionisation des solides (réduction de l'intervalle énergétique entre bande de conduction et bande de valence, pour les semi-conducteurs, transformation d'isolants en conducteurs).

En thermodynamique, la pression constitue l'un des trois paramètres fondamentaux relatifs à la description d'un état gazeux, les deux autres étant le volume et la température.

La mesure de la pression

d'un fluide se fait classiquement au moyen de manomètres. La balance d'Amagat représente l'instrument de base de la mesure de la pression ; l'action de la pression sur un piston y est équilibrée par des poids connus. La pression atmosphérique est mesurée à l'aide de baromètres, manomètres métalliques ou à mercure (expérience de Torricelli) ; la baisse de pression en fonction de l'altitude (environ 1 millibar tous les 8 mètres) permet d'évaluer cette dernière (par altimètre).

Certains corps solides ou liquides, considérés en première approximation comme incompressibles, sont sensibles aux variations de pression ; leur déformation (objet de la piézométrie) peut, dans certains cas, engendrer un signal électrique (piézorésistance, piézoélectricité) représentatif de la pression ; ils constituent ainsi des capteurs de pression.

L'unité de pression, dans le Système International, est le pascal (Pa) et vaut 1 newton par mètre carré. Cette unité étant très petite (la pression atmosphérique normale au niveau de la mer vaut 101 325 pascals), on lui préfère généralement le bar, égal à 10⁵ pascals.

Enseignant : Marc MORIEUX

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