Poussée d’Archimède et pesée de l’air. <br />I. Matériels. <br />1) 1 balance précise au centigramme près. <br />2) 1 pompe à vide avec sa cloche en verre. <br />3) 1 baroscope : petite balance avec une sphère en polystyrène de grand volume et un petit cylindre métallique. <br />4) 1 bouteille plastique avec son bouchon. <br />5) 1 ampoule en verre avec 2 robinets. <br />II. Action. <br />1) On place le baroscope dans la cloche pleine d’air : il y a équilibre. <br />2) On aspire l’air de la cloche : l’équilibre est rompu. <br />3) On mesure la masse de la bouteille plastique pleine d’air, puis écrasée et fermée. L’affichage de la balance n’a pas changé ! <br />4) On mesure la masse de l’ampoule indéformable où on a fait le vide, puis on laisse rentrer l’air. On mesure la masse totale. L’affichage de la balance a changé ! <br />III. Que s’est–il passé ? <br />1) Le baroscope est à l’équilibre dans l’air sous l’action du poids de la sphère et du cylindre, mais aussi des poussées d’Archimède sur chacun. Cette poussée est plus grande sur la sphère qui a un grand volume. <br />2) Le baroscope est déséquilibré dans le vide. Il y a toujours l’action du poids de la sphère et du cylindre, mais les poussées d’Archimède dues à l’air ont disparu. <br />3) Pour la bouteille plastique, le volume change. On a enlevé l’air et on a modifié la poussée d’Archimède. <br />4) Pour l’ampoule en verre, le volume ne change pas. On a enlevé l’air, puis on l’a remis mais on n’a pas modifié la poussée d’Archimède. <br />5) On constate que la masse avant est plus petite qu’après d’environ 1,0g. <br />6) Le volume de l’ampoule a été mesuré par remplissage et vidage d’eau : 0,989 L. <br />IV. Conclusions. <br />1) A 20°C et à la pression atmosphérique, la masse volumique de l’air est <br /> 1,1g/L . (1,3g/L =29g/22,4L ou 29g/mol à 0°C et pression normale). <br />V. Précautions. <br />1) Danger d’implosion des récipients sous vide. <br />2) Mettre des lunettes de protection. <br /> <br /> <br />Archimedes ’principle <br />Volumetric mass density of air . <br />1. Equipment. <br />1) 1 balance accurate to 1 centigramme close . <br />2) 1 vacuum pump with accessories and a vacuum bell jar. <br />3) 1 baroscope: small balance with a polystyrene sphere of big volume and a small metal cylinder. <br />4) 1 plastic bottle with cap . <br />5) 1 glass bulb with 2 taps. <br />2. Actions. <br />1) Place the baroscope in vacuum bell jar full with air: there is equilibrium. <br />2) Air is sucked from the bell jar : equilibrium is broken. <br />3) The mass of the bottle full of air is measured, then the mass of the crushed bottle is measured. The display of the balance has not changed! <br />4) The mass of the empty bulb is measured , and then air goes into bulb. The total mass is measured. The display of the balance has changed! <br />3. What happened ? <br /> <br />1) The baroscope is at equilibrium in the air under action of the weights of the sphere and cylinder, but also Archimedes' upthrust. Upthrust is greater on the sphere which has a large volume. <br />2) Baroscope is unbalanced in vacuum. There is always action of the weights of the sphere and cylinder, but there is no more upthrust . <br />3) For the plastic bottle, the volume has changed. Air was removed and this has changed the Archimedes' upthrust. <br />4) In the glass bulb, the volume does not change. Air was removed and replaced. It did not affect the buoyant force. <br /> <br />4. Conclusions . <br /> 1) At 20 ° C and at atmospheric pressure, the density of the air is 1.1 g / l. <br /> (1.3 g / L = 29g / or 22,4L 29g / mol at 0 ° C and normal pressure). <br />5. Precautions. <br />1. Danger of implosion of vacuum containers. <br />2. Wear eye protection.
