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Activité 10 – TP : mesure de la poussée d'Archimède TP EXPÉRIMENTAL

Ch08 – Force d'Archimède | 1ère ICCER | ⏱ 1 h (TP) | Binôme

Dernière mise à jour : 29 mai 2026

Ce que tu vas apprendre :

🤔 Avant de commencer

Tu suspends une pierre à un peson : 5 N. Tu l'immerges dans de l'eau : 3 N. D'où viennent les 2 N « manquants » ?

Des 2 N « manquants » correspondent à la poussée d'Archimède exercée par l'eau sur la pierre, dirigée vers le haut. Le peson mesure donc « poids − Π ». C'est exactement le principe que nous allons mesurer dans ce TP.

Objectif du TP

Mesurer la poussée d'Archimède sur différents objets immergés, vérifier la formule Π = ρ × V × g, et identifier un objet inconnu par sa masse volumique.

🧰 Matériel

Montage TP — pesée hors eau / dans l'eau Pesée hors eau P_air = 5,0 N Objet immergé P_eau = 4,0 N Π = 1,0 N

📖 Vocabulaire

Pesée apparente
P_apparent = P_air − Π. Lecture du peson quand l'objet est immergé.
Volume immergé
Volume d'eau déplacée par l'objet (mesurable avec éprouvette).
Masse volumique du matériau
ρ = m / V. Une fois m et V mesurés, on identifie le matériau dans une table.

Protocole — Partie A : vérification Π = ρ·V·g

  1. Peser chaque objet à l'air avec le dynamomètre : P_air.
  2. Mesurer son volume en l'immergeant dans une éprouvette graduée (lire le déplacement d'eau).
  3. Immerger l'objet en le suspendant au dynamomètre dans un bécher d'eau : lire P_eau.
  4. Calculer Π_mesuré = P_air − P_eau, et Π_calculé = ρ_eau × V × g.

Q1 APP — Tableau de mesures

ObjetV (mL)P_air (N)P_eau (N)Π_mes = P_air − P_eau (N)Π_calc = ρ·V·g (N)
Cube acier...............
Cylindre alu...............
Objet X...............

Cube acier 25 cm³ = 25 mL = 25 × 10⁻⁶ m³.

Masse acier : 25 × 7,8 = 195 g → P_air = 1,95 N.

Π_calc = 1000 × 25 × 10⁻⁶ × 10 = 0,25 N.

P_eau attendue = 1,95 − 0,25 = 1,70 N. Tolérance ± 0,1 N (lecture peson).

Q2 ANA

Comparer Π_mesuré et Π_calculé pour chaque objet. Calculer l'écart relatif.

Écart relatif = |Π_mes − Π_calc| / Π_calc × 100.

Écart attendu : < 10 %. Si plus : (1) lecture peson imprécise pour faibles charges, (2) bulle d'air collée à l'objet, (3) erreur sur V (lecture ménisque).

Conclusion : la formule Π = ρ × V × g est vérifiée expérimentalement.

Q3 REA

Calculer la masse volumique de chaque objet : ρ = m / V (m peut être déduite de P_air, ou pesée balance).

m = P_air / g (en kg, avec g = 10 N/kg). Puis ρ = m / V.

Exemple acier (P_air = 1,95 N, V = 25 mL) : m = 0,195 kg ; ρ = 0,195 / (25 × 10⁻⁶) = 7 800 kg/m³. ✓ Conforme à l'acier.

Q4 ANA — Identifier objet X

D'après la masse volumique calculée, identifier le matériau de l'objet X parmi : aluminium (2 700), acier (7 800), laiton (8 500), plastique PVC (1 380), verre (2 500), bois pin (500), liège (240).

Calculer ρ_X. Comparer avec la table.

Tolérance ± 100 kg/m³ pour identifier. Si ρ proche de 2 700 → alu, etc.

Cas particulier : si ρ < 1000, l'objet flotterait. Méthode différente : peser le volume immergé à la main + mesurer le volume hors eau.

Partie B — Effet de la masse volumique du fluide

Reprendre l'objet acier et l'immerger dans l'eau salée saturée (ρ ≈ 1 200 kg/m³). La poussée devrait être plus grande.

Q5 REA

Mesurer P_eau_salée. En déduire Π_eau_salée. Comparer Π_salée / Π_douce.

Π_salée / Π_douce = ρ_salée / ρ_douce ≈ 1200 / 1000 = 1,20.

La poussée augmente de 20 % en eau salée. Vérifier expérimentalement.

Q6 VAL

Application : pourquoi flotte-t-on plus facilement dans la Mer Morte (ρ ≈ 1 240 kg/m³) que dans une piscine ?

Π × 1,24 sur le corps → fortement plus de portance. Le corps humain (ρ ≈ 1 000 kg/m³) ne s'enfonce que partiellement. On y flotte allongé sans effort, on peut même y lire un journal.

Limite : eau très salée brûle les yeux et la peau, ne pas y nager longtemps.

Q7 ANA

Sources d'erreur principales dans ce TP ?

  • Lecture du peson : ± 0,1 N. Si Π attendu est de 0,2 N, l'incertitude est de 50 % !
  • Lecture du volume dans l'éprouvette : ménisque, ± 1 mL.
  • Bulles d'air accrochées à l'objet : augmentent V apparent → mauvais Π.
  • Objet partiellement immergé : sous-estime Π.
  • Fil de suspension qui pousse aussi un peu d'eau (négligeable si fin).

Q8 COM — Compte-rendu (10 lignes)

TP — Poussée d'Archimède — [Nom, Prénom, classe, date]
Objectif : Vérifier Π = ρ × V × g et identifier un matériau inconnu.
Matériel : dynamomètre 5 N, éprouvette graduée, bécher eau, 3 objets.
Protocole : peser à l'air → mesurer V par déplacement d'eau → peser dans l'eau → calculer.
Résultats partie A : Π_mesuré ≈ Π_calculé dans tous les cas (écart < 10 %). Loi vérifiée.
Partie B : Π_salée / Π_douce = 1,20 ✓.
Objet X : ρ = ... kg/m³ → identifié comme ... (alu / laiton / PVC...).
Conclusion : La poussée d'Archimède est proportionnelle au volume immergé et à la masse volumique du fluide.

✅ Auto-évaluation

Bonus — Pour aller plus loin : méthode du « volume immergé partiel »

Comment mesurer la masse volumique d'un objet qui flotte (par ex. bois) avec ce matériel ?

Méthode : laisser l'objet flotter dans l'éprouvette. Mesurer le volume déplacé (= partie immergée seulement). Mesurer la masse à la balance.

Relation : Π = P → ρ_eau × V_imm × g = m × g → V_imm = m / ρ_eau.

Pour ρ_objet : peser l'objet sec (m), mesurer V_total (forcer l'immersion brièvement avec une aiguille).

ρ_objet = m / V_total.

À retenir

📚 TP de fin de chapitre Ch08.