Comment un plongeur fait-il pour descendre sous l’eau?
Quels sont les liens avec mon programme d'études?
Dans cette activité, découvrez comment les plongeurs manipulent la densité pour se déplacer de haut en bas.
Vous Avez Besoin
- Pipettes jetables de 2 mm (ou compte-gouttes oculaires)
- Grands trombones recouverts de vinyle (environ deux fois la taille d’un trombone ordinaire)
- Trombones recouverts de vinyle de taille standard
- Marqueurs permanents
- Bouteilles d’eau de 500 ml et bouchons
- Colorant alimentaire bleu
- Eau
Mesures à prendre
- Décorez le réservoir de la pipette (ou du compte-gouttes) avec le marqueur permanent. Vous pouvez représenter le visage d’un plongeur, une créature marine ou tout ce que vous voulez!
- Attachez le grand trombone verticalement à la partie inférieure de la pipette (le tube) en faisant minutieusement glisser la pipette sur la longueur du trombone. Attachez le petit trombone sous le grand trombone de la même façon. Assurez-vous que les trombones restent bien sous le réservoir de la pipette. Maintenant, vous avez un plongeur!
- Remplissez la bouteille d’eau presque à ras bord. Placez délicatement votre plongeur dans la bouteille.
- Ajoutez 2 ou 3 gouttes de colorant bleu dans l’eau et revissez le bouchon sur la bouteille (en le serrant TRÈS fort).
- Pressez la bouteille entre vos doigts et observez votre plongeur!
- Problème éventuel : Si votre plongeur coule et ne remonte pas quand vous relâchez la pression sur la bouteille, cela signifie que l’eau a chassé l’air à l’extérieur de la pipette. Videz la bouteille, videz la pipette, remettez de l’eau dans la bouteille et replacez votre plongeur dans la bouteille. Ajoutez du colorant et recommencez l’expérience!
Découverte
La densité, ou masse volumique, est la quantité de matière (masse) qui se trouve dans un certain volume. Un objet flotte si sa densité relative est inférieure à celle du liquide dans lequel il est plongé. Cela signifie que pour flotter sur l’eau, un objet doit avoir une densité inférieure à celle de l’eau.
Dans notre expérience, en appuyant sur les côtés de la bouteille, toute la matière contenue dans la bouteille est soumise à une pression accrue. En exerçant une pression, les molécules d’air sont comprimées dans un espace plus petit et de l’eau rentre dans la pipette, prenant la place que l’air y occupait précédemment. Quand l’eau rentre dans la pipette, sa masse s’ajoute à celle du plongeur, ce qui augmente la densité relative de celui-ci. En raison de l’augmentation de sa densité relative, le plongeur n’est plus moins dense que l’eau et descend au fond de la bouteille. Quand vous cessez d’appuyer sur la bouteille, l’air peut de nouveau se dilater, chassant l’eau de la pipette. Cela diminue la densité relative du plongeur et lui permet de flotter de nouveau.
Le corps humain flotte parce qu’il est moins dense que l’eau. Cependant, les personnes qui font de la plongée sous-marine sont capables de rester sous l’eau et de maîtriser leur profondeur. Pour y parvenir, elles utilisent deux équipements qui les aident à rester sous l’eau : une ceinture de plomb et un gilet de stabilisation. Adéquatement plombée, la ceinture permet au plongeur d’augmenter suffisamment sa densité pour « descendre ». La quantité de plomb n’est pas suffisante pour couler définitivement le plongeur, mais lui donne la liberté de descendre sous l’eau. Le gilet de stabilisation est un équipement que l’on peut gonfler d’air ou dégonfler afin d’augmenter ou de réduire la flottabilité. En comprenant le lien entre densité et flottabilité, le plongeur peut évoluer sous l’eau en toute sécurité!
- Utilisez des bouteilles de tailles différentes. Faut-il exercer une pression plus forte avec une bouteille plus grande ou plus petite?
- La température de l’eau influe-t-elle sur la densité du plongeur? Utilisez de l’eau glacée et de l’eau chaude.
- Que se passe-t-il quand vous ajoutez du sel à l’eau de votre bouteille?
Pour plus d’informations sur ce sujet, consultez ces ressources de Parlons sciences :
- Comment créer une fusée à l’aide d’une bouteille? (Activités pratiques) - Utilisez une bouteille de boisson gazeuse (ou autre) et quelques matériaux de votre quotidien pour créer une fusée que vous pouvez lancer à l’extérieur.
- La théorie cinétique des gaz (Documents d’information) - Renseignez-vous sur la théorie cinétique des gaz ainsi que sur les unités et les outils utilisés pour mesurer les gaz.
- La loi de Boyle (Documents d’information) - Découvrez la théorie de la Loi de Boyle et explorez des exemples où s’applique la Loi de Boyle dans la vie de tous les jours.
- Expérience sur les ballasts - TPE sous-marins -- Comment fonctionne le ballasts d'un sous-marin ? Expérience simple et facile à réaliser chez soi qui explique le fonctionnement d'un sous-marin.
Qu’est-ce qui se passe?
La densité, ou masse volumique, est la quantité de matière (masse) qui se trouve dans un certain volume. Un objet flotte si sa densité relative est inférieure à celle du liquide dans lequel il est plongé. Cela signifie que pour flotter sur l’eau, un objet doit avoir une densité inférieure à celle de l’eau.
Dans notre expérience, en appuyant sur les côtés de la bouteille, toute la matière contenue dans la bouteille est soumise à une pression accrue. En exerçant une pression, les molécules d’air sont comprimées dans un espace plus petit et de l’eau rentre dans la pipette, prenant la place que l’air y occupait précédemment. Quand l’eau rentre dans la pipette, sa masse s’ajoute à celle du plongeur, ce qui augmente la densité relative de celui-ci. En raison de l’augmentation de sa densité relative, le plongeur n’est plus moins dense que l’eau et descend au fond de la bouteille. Quand vous cessez d’appuyer sur la bouteille, l’air peut de nouveau se dilater, chassant l’eau de la pipette. Cela diminue la densité relative du plongeur et lui permet de flotter de nouveau.
Pourquoi est-ce important?
Le corps humain flotte parce qu’il est moins dense que l’eau. Cependant, les personnes qui font de la plongée sous-marine sont capables de rester sous l’eau et de maîtriser leur profondeur. Pour y parvenir, elles utilisent deux équipements qui les aident à rester sous l’eau : une ceinture de plomb et un gilet de stabilisation. Adéquatement plombée, la ceinture permet au plongeur d’augmenter suffisamment sa densité pour « descendre ». La quantité de plomb n’est pas suffisante pour couler définitivement le plongeur, mais lui donne la liberté de descendre sous l’eau. Le gilet de stabilisation est un équipement que l’on peut gonfler d’air ou dégonfler afin d’augmenter ou de réduire la flottabilité. En comprenant le lien entre densité et flottabilité, le plongeur peut évoluer sous l’eau en toute sécurité!
Aller plus loin
- Utilisez des bouteilles de tailles différentes. Faut-il exercer une pression plus forte avec une bouteille plus grande ou plus petite?
- La température de l’eau influe-t-elle sur la densité du plongeur? Utilisez de l’eau glacée et de l’eau chaude.
- Que se passe-t-il quand vous ajoutez du sel à l’eau de votre bouteille?
Pour plus d’informations sur ce sujet, consultez ces ressources de Parlons sciences :
- Comment créer une fusée à l’aide d’une bouteille? (Activités pratiques) - Utilisez une bouteille de boisson gazeuse (ou autre) et quelques matériaux de votre quotidien pour créer une fusée que vous pouvez lancer à l’extérieur.
- La théorie cinétique des gaz (Documents d’information) - Renseignez-vous sur la théorie cinétique des gaz ainsi que sur les unités et les outils utilisés pour mesurer les gaz.
- La loi de Boyle (Documents d’information) - Découvrez la théorie de la Loi de Boyle et explorez des exemples où s’applique la Loi de Boyle dans la vie de tous les jours.
Video
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