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Poussée d’Archimède : corrigé exercices de sciences physiques terminale – PDF gratuit à télécharger et imprimer

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Poussée d’Archimède : corrigé exercices de sciences physiques terminale – PDF gratuit à télécharger et imprimer

Voici le corrigé détaillé des exercices sur la poussée d’Archimède. Compare chaque démarche avec la tienne : la méthode compte autant que le résultat, en particulier les conversions d’unités et le choix des chiffres significatifs.

Ce corrigé est à télécharger en PDF et à imprimer gratuitement : le bouton se trouve en bas de la page, sans inscription.

La correction détaillée : corrigé poussée Archimède

Correction de l’exercice 1 : Questions de cours

1. La pression est le quotient de la valeur de la force pressante par l’aire de la surface : P = F ÷ S, en pascals (Pa = N/m2).
2. La force pressante est perpendiculaire à la paroi, dirigée du fluide vers la paroi.
3. PB − PA = ρ g (zA − zB), pour un fluide incompressible au repos (ρ constante), entre deux points reliés par ce fluide, l’axe z étant orienté vers le haut.
4. Direction verticale, sens vers le haut, valeur Π = ρfluide Vimmergé g (poids du fluide déplacé), point d’application : centre de gravité du fluide déplacé.
5. ρobjet < ρfluide.

Correction de l’exercice 2 : Vrai ou faux ?

a. Faux : la pression augmente avec la profondeur, ici de ρ g Δh = 1,00 × 103 × 9,81 × 6 ≈ 5,9 × 104 Pa entre 2 m et 8 m.
b. Vrai : par définition du bar.
c. Faux : elle dépend de ρ du fluide, du volume immergé et de g, pas de la masse volumique de l’objet.
d. Faux : 1,10 × 103 > 1,03 × 103, l’objet coule.
e. Vrai : tout corps plongé dans un fluide, y compris l’air, subit une poussée ; pour l’hélium, elle dépasse le poids du ballon.
f. Vrai : la différence de pression ne dépend que de la différence d’altitude.

Correction de l’exercice 3 : Conversions de pressions

1. 2,5 bar = 2,5 × 105 Pa ; 1 013 hPa = 1 013 × 102 = 1,013 × 105 Pa ; 180 kPa = 1,8 × 105 Pa.
2. 1 013 hPa = 1,013 bar ; 3,0 × 105 Pa = 3,0 bar ; 180 kPa = 1,8 bar.
3. 3,0 × 104 Pa = 300 hPa ; 0,95 bar = 9,5 × 104 Pa = 950 hPa.

Correction de l’exercice 4 : Talon aiguille et éléphant

1. Femme : P = m g = 60 × 9,81 = 5,9 × 102 N (588,6 N). Éléphant : 4,0 × 103 × 9,81 = 3,9 × 104 N.
2. Femme : S = 1,0 cm2 = 1,0 × 10−4 m2, P = 588,6 ÷ 1,0 × 10−4 ≈ 5,9 × 106 Pa. Éléphant : S = 4 × 700 = 2 800 cm2 = 0,28 m2, P = 3,924 × 104 ÷ 0,28 ≈ 1,4 × 105 Pa.
3. La pression sous le talon est environ 42 fois plus grande (5,9 × 106 ÷ 1,4 × 105) : ce qui compte pour s’enfoncer dans le sol est la pression, donc le rapport F ÷ S, pas la force seule.

Correction de l’exercice 5 : Les pneus d’une voiture

1. Poids : 1,20 × 103 × 9,81 = 11 772 N ≈ 1,18 × 104 N. Par pneu : 11 772 ÷ 4 = 2 943 N ≈ 2,94 × 103 N.
2. S = 150 cm2 = 1,50 × 10−2 m2 ; P = 2 943 ÷ 1,50 × 10−2 = 1,96 × 105 Pa, soit 1,96 bar.
3. S = F ÷ P = 2 943 ÷ (1,5 × 105) = 1,96 × 10−2 m2 = 196 cm2 : l’aire de contact augmente de près de 30 %.

Correction de l’exercice 6 : Pression et profondeur dans un lac

1. Les points sont alignés : la courbe est une droite non passant par l’origine (fonction affine). À la surface, P ≈ 1,01 bar, c’est la pression atmosphérique.
2. À 10 m, P ≈ 1,99 bar ; à 12 m, par interpolation, P ≈ 1,99 + 2 × 0,098 ≈ 2,19 bar (environ 2,2 bar).
3. Coefficient directeur : (2,98 − 1,01) ÷ (20 − 0) = 0,0985 bar/m ≈ 0,098 bar/m = 0,098 × 105 = 9,8 × 103 Pa/m.
4. Avec P = Patm + ρ g h, le coefficient directeur est ρ g. Donc ρ = 9,8 × 103 ÷ 9,81 ≈ 1,0 × 103 kg/m3 : c’est de l’eau douce.

Correction de l’exercice 7 : Plongée en eau de mer et hublot

1. P = Patm + ρ g h = 1,013 × 105 + 1,03 × 103 × 9,81 × 25 = 1,013 × 105 + 2,53 × 105 ≈ 3,54 × 105 Pa.
2. S = π × (0,075)2 = 1,77 × 10−2 m2 (rayon 7,5 cm).
3. La pression intérieure est Patm : F = (P − Patm) × S = 2,53 × 105 × 1,77 × 10−2 ≈ 4,46 × 103 N.
4. m = F ÷ g = 4 464 ÷ 9,81 ≈ 4,6 × 102 kg : près de 455 kg posés sur le hublot.

Correction de l’exercice 8 : Tube en U et huile

1. Deux points d’un même fluide (l’eau) au repos et à la même altitude ont la même pression : PA = PB.
2. Côté gauche (sous l’huile) : PA = Patm + ρhuile g h1. Côté droit (sous l’eau) : PB = Patm + ρeau g h2.
3. PA = PB donne ρhuile h1 = ρeau h2, soit ρhuile = 1,00 × 103 × 9,0 ÷ 10,0 = 9,0 × 102 kg/m3.
4. Parce que sa masse volumique (900 kg/m3) est inférieure à celle de l’eau (1 000 kg/m3) : l’huile est moins dense et ne se mélange pas à l’eau.

Correction de l’exercice 9 : Pression au pied d’un barrage

1. P − Patm = ρ g h = 1,00 × 103 × 9,81 × 45 = 4,41 × 105 Pa ≈ 4,4 × 105 Pa.
2. P = 1,013 × 105 + 4,41 × 105 ≈ 5,43 × 105 Pa, soit 5,4 bar.
3. La pression augmente avec la profondeur : la poussée de l’eau sur le mur est beaucoup plus forte en bas qu’en haut, d’où une base plus épaisse pour résister.

Correction de l’exercice 10 : Une boule dans trois fluides

1. V = 1,50 L = 1,50 dm3 = 1,50 × 10−3 m3.
2. Dans l’eau : Π = 1,00 × 103 × 1,50 × 10−3 × 9,81 ≈ 14,7 N. Dans l’huile : 0,90 × 103 × 1,50 × 10−3 × 9,81 ≈ 13,2 N. Dans l’air : 1,20 × 1,50 × 10−3 × 9,81 ≈ 1,77 × 10−2 N.
3. ρ = m ÷ V = 1,20 ÷ 1,50 × 10−3 = 8,0 × 102 kg/m3, inférieure à 1,00 × 103 kg/m3 : la boule flotte (son poids 11,8 N est inférieur à Π = 14,7 N : lâchée immergée, elle remonte).

Correction de l’exercice 11 : Un solide au bout d’un dynamomètre

1. m = P ÷ g = 4,90 ÷ 9,81 ≈ 0,500 kg.
2. Π = P − Papp = 4,90 − 4,20 = 0,70 N.
3. V = Π ÷ (ρeau g) = 0,70 ÷ (1,00 × 103 × 9,81) = 7,14 × 10−5 m3 ≈ 71 cm3.
4. ρ = m ÷ V = 0,500 ÷ 7,14 × 10−5 ≈ 7,0 × 103 kg/m3 : très supérieure à celle de l’eau, le solide coule.

Correction de l’exercice 12 : Descente progressive d’un cylindre

1. Pour x = 0 le cylindre est dans l’air : poids lu = 3,92 N. Calcul : P = 0,40 × 9,81 = 3,92 N.
2. Tant que x < 10 cm, le volume immergé augmente avec x, donc Π augmente linéairement et Papp = P − Π diminue. Au-delà de 10 cm, le cylindre est entièrement immergé : Vimmergé ne change plus, donc Π et Papp sont constantes : palier.
3. Au maximum, Π = 3,92 − 1,96 = 1,96 N. Calcul : V = 20 cm2 × 10 cm = 200 cm3 = 2,0 × 10−4 m3, Π = 1,00 × 103 × 2,0 × 10−4 × 9,81 = 1,96 N.
4. ρ = m ÷ V = 0,40 ÷ 2,0 × 10−4 = 2,0 × 103 kg/m3.

Correction de l’exercice 13 : Le glaçon dans un verre

1. m = ρ V = 917 × 20,0 × 10−6 = 1,834 × 10−2 kg ≈ 18,3 g.
2. Fraction immergée = ρglace ÷ ρeau = 917 ÷ 1 000 = 0,917 (91,7 %) ; Vimm = 0,917 × 20,0 ≈ 18,3 cm3.
3. 917 ÷ 1 030 ≈ 0,890, soit 89,0 %.
4. 91,7 % à 89 % du volume est immergé : seuls environ 8 à 11 % du volume dépassent de l’eau, le reste est invisible sous la surface.

Correction de l’exercice 14 : Un cargo en mer et en rivière

1. À l’équilibre Π = P = m g = 1,2 × 107 × 9,81 ≈ 1,18 × 108 N.
2. V = m ÷ ρ = 1,2 × 107 ÷ 1,03 × 103 ≈ 1,17 × 104 m3.
3. V = 1,2 × 107 ÷ 1,00 × 103 = 1,20 × 104 m3 : le volume immergé augmente d’environ 3,5 × 102 m3 : le navire s’enfonce davantage en eau douce.
4. L’eau douce est moins dense que l’eau de mer : pour la même charge, le navire s’enfonce plus ; la ligne de charge maximale autorisée dépend donc de l’eau.

Correction de l’exercice 15 : Montgolfière

1. Π = ρair V g = 1,20 × 2 800 × 9,81 ≈ 3,30 × 104 N.
2. Pair chaud = 0,95 × 2 800 × 9,81 ≈ 2,61 × 104 N.
3. À l’équilibre, Π = Pair chaud + m g, donc m = (ρair − ρchaud) V = (1,20 − 0,95) × 2 800 = 7,0 × 102 kg (soit 6,9 × 103 N de force ascensionnelle).

Correction de l’exercice 16 : Plongée d’un sous-marin

1. Π = ρ V g = 1,03 × 103 × 3,00 × 103 × 9,81 ≈ 3,03 × 107 N.
2. P0 = M0 g = 2,95 × 106 × 9,81 ≈ 2,89 × 107 N ; comme Π > P0, il remonte ou reste en surface : il ne peut pas plonger.
3. À l’équilibre, M0 + meau = ρ V = 3,09 × 106 kg, donc meau = 3,09 × 106 − 2,95 × 106 = 1,4 × 105 kg ; volume Veau = 1,4 × 105 ÷ 1,03 × 103 ≈ 1,4 × 102 m3 (136 m3).
4. Il chasse l’eau des ballasts avec de l’air comprimé : son poids diminue alors que son volume (donc la poussée) ne change pas, et il remonte.

Correction de l’exercice 17 : Flotte ou coule ?

1. ρ = 0,250 ÷ 3,2 × 10−4 ≈ 7,8 × 102 kg/m3.
2. 781 < 1 000 : il flotte dans l’eau, la fraction immergée vaut 781 ÷ 1 000 ≈ 0,78 (78 %).
3. 781 < 790 : il flotte aussi dans l’alcool, mais presque entièrement immergé : fraction = 781 ÷ 790 ≈ 0,99 (99 %).

Correction de l’exercice 18 : La couronne du roi

1. P = m g = 0,500 × 9,81 = 4,91 N (4,905 N).
2. Π = P − Papp = 4,905 − 4,60 ≈ 0,305 N ; V = Π ÷ (ρeau g) = 0,305 ÷ 9 810 ≈ 3,11 × 10−5 m3 ≈ 31 cm3.
3. ρ = 0,500 ÷ 3,11 × 10−5 ≈ 1,6 × 104 kg/m3, inférieure à 1,93 × 104 kg/m3 : la couronne n’est pas en or pur (alliage avec un métal moins dense).
4. V = m ÷ ρor = 0,500 ÷ 1,93 × 104 ≈ 2,6 × 10−5 m3 = 26 cm3, plus petit que le volume mesuré (31 cm3).

Correction de l’exercice 19 : La fonte du glaçon change-t-elle le niveau ?

1. À l’équilibre, Π = P : ρeau Vdép g = m g, donc Vdép = m ÷ ρeau = 0,030 ÷ 1,00 × 103 = 3,0 × 10−5 m3 = 30 cm3.
2. L’eau issue de la fonte a la même masse, 30 g, donc le volume 30 cm3 (masse volumique 1,00 g/cm3).
3. Le volume déplacé avant la fonte (30 cm3) est égal au volume de l’eau de fonte (30 cm3) : le niveau reste inchangé.
4. Non : la glace posée sur un continent ne déplace pas d’eau de mer ; en fondant elle ajoute un volume d’eau à l’océan et le niveau monte.

Correction de l’exercice 20 : Un bloc de bois qui flotte debout

1. V = 100 cm2 × 20 cm = 2,0 × 103 cm3 = 2,0 × 10−3 m3 ; m = ρ V = 6,0 × 102 × 2,0 × 10−3 = 1,2 kg.
2. Fraction immergée = 600 ÷ 1 000 = 0,60 ; hauteur immergée = 0,60 × 20 = 12 cm.
3. Bloc totalement immergé : Πmax = 1,00 × 103 × 2,0 × 10−3 × 9,81 = 19,6 N. Équilibre : (1,2 + m) g = Πmax donc m = 2,0 − 1,2 = 0,80 kg.
4. (1,2 + 0,50) = ρeau S himm donc himm = 1,7 ÷ (1,00 × 103 × 1,00 × 10−2) = 0,17 m = 17 cm.

Comment progresser après ce corrigé

Si tu as hésité sur la poussée, reprends toujours dans le même ordre : schéma avec les forces, expression de chaque force, condition d’équilibre, application numérique avec des unités du SI. Pour les calculs de pression, écris P = Patm + ρ g h et vérifie l’ordre de grandeur : environ 1 bar de plus tous les 10 m d’eau. Refais les exercices 8, 12 et 16 sans regarder la correction.

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