Comment concevoir un radeau pour qu’il puisse transporter le plus de poids possible?
Quels sont les liens avec mon programme d'études?
Explorez les forces de gravité et de flottabilité tout en concevant un radeau pour tenir le plus de poids possible.
Vous Avez Besoin
- Papier brouillon pour la conception
- Crayons
- Pailles – 5 par groupe
- Bâtonnets en bois – 1 par groupe
- Serviette en papier – 1 par groupe
- Cure-pipes – 3 par groupe
- Assiette en aluminium remplie d’eau pour l’essai
- Ciseaux
- Ficelle
- Papier ciré – 1 morceau par groupe
- Pâte à modeler – 1 petite boule par groupe
- Bouchon de liège – 1 par groupe
- Ruban-cache
Mesures à prendre
Activité individuelle
- Concevez votre radeau à l’aide de papier brouillon et d’un crayon. Pensez à la manière d’utiliser les divers matériaux.
- Construisez votre radeau. L’objectif est de construire un radeau robuste qui peut accueillir le plus de poids possible.
- Remplissez votre assiette d’eau.
- Lorsque vous avez terminé la construction de votre radeau, faites flotter le radeau dans l’assiette remplie d’eau. Ajoutez graduellement des pièces de monnaie ou de petites rondelles à votre radeau pour connaître la quantité de poids qu’il peut supporter sans couler.
Activité de défi en groupe (pour deux participants ou plus)
- Donnez à chaque groupe du papier brouillon et des crayons pour qu’ils conçoivent leur radeau (ils peuvent examiner le matériel qui sera fourni).
- À l’intérieur d’une période désignée (c.-à-d. 30 minutes), chaque équipe doit construire leur radeau. Rappelez-leur que leur objectif est de construire un radeau robuste qui peut accueillir le plus de poids possible.
- Remplissez votre assiette d’eau.
- Lorsque les groupes ont terminé leur construction, demandez-leur d’apporter leur radeau et de le faire flotter dans l’assiette remplie d’eau. Ajoutez graduellement des pièces de monnaie ou de petites rondelles pour savoir quelle quantité de poids leur radeau peut supporter sans couler.
Découverte
Deux forces agissent sur votre radeau : la gravité et la force de flottabilité (ou poussée d’Archimède). La gravité tire le radeau vers le bas et la force de flottabilité pousse le radeau vers le haut. La gravité dépend de la masse (ou du poids) du radeau. Plus le radeau est lourd, plus la force de gravité qui s’applique sur celui-ci est importante. La force de flottabilité dépend de la densité (masse ÷ volume) du radeau. Plus la densité de votre radeau est faible (si sa masse est répartie sur une plus grande surface), plus l’eau poussera sur le radeau. Les forces de gravité et de flottabilité doivent être égales ou équilibrées pour que le radeau flotte.
Les ingénieurs utilisent les principes présentés ci-dessus lorsqu’ils conçoivent des bateaux. Puisque la gravité tire ces bateaux vers le bas, une grande force de flottabilité est nécessaire pour les garder à flot. Pour y arriver, on construit des bateaux ayant une densité plus faible que celle de l’eau. Afin de compenser le poids de la coque en acier, les navires de ligne sont de très grande dimension (ce qui augmente leur volume) et comprennent de très grandes cavités remplies d’air (ce qui diminue leur masse). Lorsqu’une cargaison est chargée dans un de ces navires, il flotte plus bas dans l’eau parce que sa masse et sa densité augmentent. Si un navire est trop rempli, il peut couler!
En revanche, les ingénieurs conçoivent les sous-marins pour qu’ils coulent. Pour contrôler la profondeur à laquelle descend un sous-marin, l’équipage contrôle sa densité. Si l’équipage souhaite faire surface, ils doivent diminuer la densité du sous-marin; pour submerger le sous-marin, ils doivent augmenter sa densité. Ces changements de densité sont obtenus en pompant de l’eau à l’intérieur d’énormes réservoirs appelés ballasts, qui se trouvent dans le sous-marin, ou en vidant ceux-ci. Lorsque les ballasts sont remplis d’eau, le sous-marin coule parce que sa densité a augmenté. Pour ramener un sous-marin à la surface, les ballasts sont remplis d’air, ce qui chasse l’eau, et le sous-marin flotte!
- Visionnez cette vidéo du Children’s Museum of Houston (Musée pour enfants de Houston) : (Vidéo YouTube, 4:41 m) (en Anglais seulement)
Pour plus d’informations sur ce sujet, consultez ces ressources de Parlons sciences :
- Pourquoi les navires flottent-ils? (Les STIM en contexte) - T’es-tu déjà demandé pourquoi les navires se maintiennent à flot? La réponse est dans la flottabilité!
- Comment un plongeur fait-il pour descendre sous l’eau? (Activités pratiques) - Dans cette activité, découvrez comment les plongeurs manipulent la densité pour se déplacer de haut en bas.
Qu’est-ce qui se passe?
Deux forces agissent sur votre radeau : la gravité et la force de flottabilité (ou poussée d’Archimède). La gravité tire le radeau vers le bas et la force de flottabilité pousse le radeau vers le haut. La gravité dépend de la masse (ou du poids) du radeau. Plus le radeau est lourd, plus la force de gravité qui s’applique sur celui-ci est importante. La force de flottabilité dépend de la densité (masse ÷ volume) du radeau. Plus la densité de votre radeau est faible (si sa masse est répartie sur une plus grande surface), plus l’eau poussera sur le radeau. Les forces de gravité et de flottabilité doivent être égales ou équilibrées pour que le radeau flotte.
Pourquoi est-ce important?
Les ingénieurs utilisent les principes présentés ci-dessus lorsqu’ils conçoivent des bateaux. Puisque la gravité tire ces bateaux vers le bas, une grande force de flottabilité est nécessaire pour les garder à flot. Pour y arriver, on construit des bateaux ayant une densité plus faible que celle de l’eau. Afin de compenser le poids de la coque en acier, les navires de ligne sont de très grande dimension (ce qui augmente leur volume) et comprennent de très grandes cavités remplies d’air (ce qui diminue leur masse). Lorsqu’une cargaison est chargée dans un de ces navires, il flotte plus bas dans l’eau parce que sa masse et sa densité augmentent. Si un navire est trop rempli, il peut couler!
En revanche, les ingénieurs conçoivent les sous-marins pour qu’ils coulent. Pour contrôler la profondeur à laquelle descend un sous-marin, l’équipage contrôle sa densité. Si l’équipage souhaite faire surface, ils doivent diminuer la densité du sous-marin; pour submerger le sous-marin, ils doivent augmenter sa densité. Ces changements de densité sont obtenus en pompant de l’eau à l’intérieur d’énormes réservoirs appelés ballasts, qui se trouvent dans le sous-marin, ou en vidant ceux-ci. Lorsque les ballasts sont remplis d’eau, le sous-marin coule parce que sa densité a augmenté. Pour ramener un sous-marin à la surface, les ballasts sont remplis d’air, ce qui chasse l’eau, et le sous-marin flotte!
Aller plus loin
- Visionnez cette vidéo du Children’s Museum of Houston (Musée pour enfants de Houston) : (Vidéo YouTube, 4:41 m) (en Anglais seulement)
Pour plus d’informations sur ce sujet, consultez ces ressources de Parlons sciences :
- Pourquoi les navires flottent-ils? (Les STIM en contexte) - T’es-tu déjà demandé pourquoi les navires se maintiennent à flot? La réponse est dans la flottabilité!
- Comment un plongeur fait-il pour descendre sous l’eau? (Activités pratiques) - Dans cette activité, découvrez comment les plongeurs manipulent la densité pour se déplacer de haut en bas.