Tous les liquides sont des fluides, mais il est intéressant de noter que tous les fluides ne sont pas des liquides. Tout ce qui peut s'écouler, comme un gaz, est un fluide et peut créer une force de flottabilité. La flottabilité est causée lorsque les zones de pression plus élevée sous un objet exercent une force vers le haut vers les zones de pression plus basse. La quantité de force de flottabilité qu'un fluide exerce, cependant, est déterminée par le volume de l'objet et selon le principe d'Archimède.
Pascal et la pression
Avant de pouvoir comprendre comment les différences de pression des fluides peuvent affecter la flottabilité, vous devez d'abord comprendre comment la pression se comporte dans les fluides. Le principe de Pascal stipule que lorsque la pression est modifiée à n'importe quel endroit dans un système fermé, ce changement de pression sera ressenti de manière égale à chaque point de ce système et dans toutes les directions. Ce principe est celui qui permet aux systèmes hydrauliques de fonctionner. Il dicte également que dans un corps de fluide où il n'y a pas de facteurs supplémentaires qui affectent la pression, la pression restera constante et uniforme. Sur Terre, cependant, il existe généralement au moins une autre force qui provoque une variation de la pression d'un fluide, et cette force est la gravité.
Profondeur et différence
La gravité tire vers le bas sur tout ce qui a une masse. Par conséquent, lorsque la gravité tire vers le bas sur un corps de fluide, le poids du fluide dans les parties supérieures du corps empiler le fluide dans les parties inférieures, créant une pression croissante à mesure que vous vous déplacez vers le bas dans ce fluide. Par exemple, si vous plongez profondément dans un lac, vous ressentirez une pression croissante dans vos oreilles - et peut-être même contre votre corps - plus vous plongez profondément. Si vous arrêtez de nager vers le bas, la pression plus élevée en dessous de vous vous poussera vers la zone de pression plus basse. De cette façon, la gravité a créé une dynamique de pression qui dicte qu'il y aura toujours une plus grande pression sous un objet immergé qu'au-dessus.
Archimède et montant
Le philosophe et mathématicien grec Archimède a poussé cette compréhension de la pression un peu plus loin et lui a donné un sens. pourquoi un fluide applique une certaine force vers le haut à un objet et le fait soit monter et flotter, soit lui permettre de couler. Il a déterminé que la force ascendante était égale au poids de l'eau déplacée par l'objet submergé. Par exemple, l'eau pèse un gramme par centimètre cube. Si vous submergez une boule d'un volume de 25 centimètres cubes, vous aurez déplacé 25 grammes d'eau. Par conséquent, la force de flottabilité résultante sur cette balle sera de 25 Newtons (les Newtons sont des unités qui mesurent la force). Cependant, cette force de flottabilité est toujours basée sur la masse de l'eau déplacée et non sur la masse de l'objet.
La densité comme décideur
La densité est en fin de compte le facteur qui détermine si un objet flottera, coulera ou restera neutre dans un fluide. Par exemple, si cette boule de 25 centimètres cubes est creuse et remplie d'air, elle sera plus légère que les 25 grammes d'eau qu'elle a déplacés et flottera. Si la balle est faite d'un matériau plus dense, comme le fer, elle peut être beaucoup plus lourde et couler rapidement au fond de la masse d'eau. Cependant, si vous submergez une balle qui pèse exactement 25 grammes, la force de flottabilité ne la fera pas remonter à la surface, mais l'empêchera simplement de couler. Cette balle restera neutre dans le corps du fluide jusqu'à ce qu'elle soit sollicitée par une force extérieure.