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Conseils pour la présentation de la leçon 9
« Prenons un vase à trop-plein que nous remplissons d’eau jusqu’au tube d’écoulement.
Plongeons le cylindre dans le vase.
Le cylindre déplace de l’eau qui s’écoule dans le trop-plein...»
Matériel
une balance
une vase à trop-plein
un flacon gradué
un objet de 200 grammes
un fil
de l’eau colorée
A quoi correspond la quantité d’eau qui a débordé ?
1- Préparons le vase à trop-plein en laissant l’eau s’écouler.
2- Plongeons l’objet de 200 grammes dans le vase à trop-plein tout en récupérant l’eau qui s’écoule dans un
flacon gradué.
3- Mesurons le volume d’eau qui s’est écoulé: nous avons récupéré dans le flacon gradué 25 millilitres d’eau.
4- Pesons l’eau qui s’est écoulée sur une balance tarée... nous obtenons ainsi uniquement le poids de l’eau écoulée. La balance indique 25 grammes soit le
poids du volume d’eau déplacée.
« La perte de poids du cylindre était donc bien le poids du volume d’eau qu’il déplaçait. »
La leçon 9 s’inscrit tout naturellement à la suite de la leçon 8. Que se passe t-il donc lorsque l’on plonge un objet dans l’eau ? Nous venons de constater que son poids est moins important dans l’eau que dans l’air.
La présentation de cette nouvelle situation peut être précédée d’une autre observation ; lorsque l’on plonge un objet dans l’eau, l’eau du bac monte.
Prenons maintenant un vase à trop plein : comme son nom l’indique, il débordera s’il est « trop plein ». La présentation de ce vase est importante, il est souvent présenté pour la première aux enfants de l’école élémentaire. L’enseignant ou le médiateur scientifique en présentera soigneusement l’installation :
- on remplit le vase à trop plein jusqu’à ras bord, laissant l’eau s’écouler jusqu’au bout,
- on plonge alors la masse dans l’eau : comme nous le savons maintenant, l’objet prend en partie la place de l’eau et ce vase va faire écouler l’eau que l’objet déplace,
- cette eau est récupérée dans un petit bécher.
Quel lien y a-t-il entre le poids ou le volume de cette eau déplacée et la différence de poids entre l’objet pesé dans l’air et l’objet pesé dans l’eau.
Regardons de plus près :
- l’eau déplacée, pèse, par exemple, 25 grammes
- la différence entre le poids de l’objet dans l’air : 200 grammes et son poids dans l’eau est de 25 grammes (200 gr – 175 gr).
Le poids de l’eau déplacée est égal à la différence du poids de l’objet dans l’eau et hors de l’eau.
On peut de la même manière s’intéresser au volume : le volume d’eau déplacée est de 25 ml soit 25 gr.
La curiosité des enfants les amène souvent à prolonger cette exploration avec d’autres objets de masses différentes.
Un petit peu d’histoire des Sciences s’impose alors :
Il ya 2000 ans, un savant nommé Archimède s’est intéressé à cette question ; il a comme vous exploré cette situation, a essayé d’être précis et à finalement conclut que « tout corps plongé dans un liquide subit de la part de ce liquide, une force verticale, dirigée vers le haut, égale au poids du volume de liquide déplacé ».
Marie Curie le dit ainsi lorsqu’elle s’adresse aux enfants : « La perte de poids du cylindre était donc bien le poids du volume d’eau qu’il déplaçait. »
Le point de vue du scientifique
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