🧊 Flottaison : la partie cachée de l'iceberg
« Ce n'est que la partie émergée de l'iceberg » : l'expression ne ment pas, car près de 90 % de la glace se cache sous l'eau. Ce chiffre ne dépend pas de la forme de l'iceberg, seulement de deux masses volumiques ! Fabrique des icebergs, enfonce-les du doigt, puis charge une péniche de sable jusqu'à la ligne rouge… sans la couler (ou si, pour voir).
🧪 Mode d'emploi : règle les curseurs (à droite, ou sous l'animation sur téléphone), lance avec ▶, observe les mesures et relève les 🎯 défis. Le bouton ⛶ agrandit l'animation, idéal sur téléphone à l'horizontale.
Ce que tu vois
- Quelle que soit sa forme, l'iceberg de glace (917 kg/m³) flotte dans l'eau de mer (1 025 kg/m³) avec 89,5 % de son volume sous l'eau : la fraction immergée vaut ρobjet/ρliquide.
- À l'équilibre, le poids P (appliqué en G) et la poussée d'Archimède Π (appliquée au centre C de la partie immergée) ont la même valeur : les deux flèches ont la même longueur.
- Si on enfonce l'iceberg, la poussée devient plus grande que le poids : il remonte, dépasse sa position, redescend… et les frottements de l'eau le ramènent à l'équilibre.
- Plus on charge la péniche, plus elle s'enfonce : le tirant d'eau h est proportionnel à la masse totale. Si h dépasse la hauteur de la coque, l'eau entre et la péniche coule.
- En passant de l'eau douce à l'eau de mer, plus dense, la péniche remonte de quelques centimètres (repères D et M) : c'est pour cela que les navires portent des lignes de charge différentes selon l'eau.
Expériences à faire
- Clique plusieurs fois sur « Nouvel iceberg » : la fraction cachée change-t-elle avec la forme ?
- Mets un glaçon dans l'éthanol : que se passe-t-il ? Et un bloc de bois dans la mer Morte ?
- Coche « mer opaque », devine la part cachée de l'iceberg, puis vérifie.
- Combien de tonnes de sable peut-on charger avant la ligne rouge ? Avant de couler ?
- Avec « ✏️ Mon bateau », double la largeur de la péniche : le tirant d'eau pour la même charge est-il divisé par 2 ?
La physique derrière l'animation
- Poussée d'Archimède : un corps plongé dans un liquide subit une force verticale vers le haut, égale au poids du liquide déplacé : Π = ρliquide × Vimmergé × g. Elle s'applique au centre de la partie immergée.
- Un objet qui flotte est à l'équilibre : Π = P, soit ρliquide·Vimmergé·g = ρobjet·V·g, d'où Vimmergé/V = ρobjet/ρliquide. Si ρobjet > ρliquide, l'objet coule.
- Bateau à coque en forme de boîte (longueur L, largeur l) : Vimmergé = L·l·h, donc le tirant d'eau vaut h = m / (ρliquide·L·l). La charge maximale avant que l'eau n'entre est mmax = ρliquide·L·l·H − m0.
- Un acier de 7 800 kg/m³ flotte s'il forme une coque creuse : c'est la masse volumique moyenne du bateau (acier + air + cargaison) qui compte.
- Modèle : bloc considéré comme un prisme (même forme sur toute son épaisseur), qui ne bascule pas ; les oscillations sont accélérées à l'écran et amorties par les frottements de l'eau.
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