Tpe bateau

illusions d'optique

sources :

http://eduscol.education.fr/cid47789/definition-et-themes-nationaux-des-tpe.html

http://illusionoptiquepourlesnuls.e-monsite.com/

https://tpe-les-illusions-d-optique.webnode.fr/

http://www.jeusetetmaths.com/article-maths-amusantes-les-illusions-d-optique-71667596.html

http://ophtasurf.free.fr/illusionpage2.htm

Thème principal : illusions d'optique

physique : centre de gravité, maquettes routes magiques, perception des couleurs, illusion auditive (doppler)

maths : géométrie des droites avec axes de profondeur ou symétrie

thèmes : structure

problématique : Comment modifier notre perception afin de contrer les illusions d'optique ?

Thème national : Matière et Forme

Flottabilité

maths : calculs

physique-chimie : l'équilibres, forces, centres de gravité, poussée d'Archimède, matériaux

Cas étudié : L'équilibre d'un bateau sur l'eau

Problématique :

• Comment faire flotter un bateau sur l'eau ?
• Quels sont les critères pour obtenir un bon équilibre ?
• Equilibre et flottaison, comment associer ces 2 critères pour obtenir une stabilité ?  
• Comment allier matière et forme pour obtenir un équilibre optimal ?
• Quelles sont les étapes de construction d'un bateau ?
• Est-il si simple de construire un bateau ? 

Projet attendu : maquette d'un bateau flottant sur l'eau et explications de la démarche

Introduction :

C’est bientôt l’été et on se ferait bien une petite croisière. Mais d'ailleurs, on aimerait savoir comment le bateau a-t-il été construit pour nous permettre ce voyage en mer.

Dans le cadre du thème “Matière et forme” des TPE 2018, nous nous intéressons aux critères à respecter lors de la construction d'un bateau, dans lequel nous inscrivons notre problématique: “Est-il si simple de construire un bateau ?”

I) Flottabilité et états

1. Un calcul pour déterminer la flottabilité et ses différents états

   1.1 Définition de la flottabilité

   1.2 La poussée d'Archimède

   1.3 Les états de flottabilité

2. Une relation entre masse et volume

   2.1 Un équilibre des forces

   2.2 L'équation modélisant la flottabilité

3. Vérification de l'équation

   3.1 Expérience sur la poussée d'Archimède Valeur sur feuille

   3.2 Les valeurs du bateau doivent vérifier l'équation

II) Réflexion sur la conception

2. Le choix des matériaux

   2.1 Présentation des matériaux expérimentaux

   2.2 Différents types de résistance

   2.3Test à petite échelle  

   2.4 Tableau des résultats

3. Le choix de la masse

   3.

4. Le choix de la forme

   4.

1.  Flottabilité et états

1. Un calcul pour déterminer la flottabilité et ses différents états

1. Définition de la flottabilité

   La flottabilité est le phénomène selon lequel un objet immergé dans un fluide flotte, coule ou reste en suspension. La flottabilité est étroitement liée à la poussée d'Archimède, car elle se fonde sur cette dernière. Elle dépend des forces exercées par le milieu sur l’objet immergé, ainsi que de la force gravitationnelle terrestre.

De plus, la poussée d’Archimède est dirigée vers le haut et s’oppose à la gravité. Les différences d’intensité des forces vont déterminer trois états typiques de flottabilité.

1. La poussée d'Archimède

Quand un objet se retrouve dans l'eau il n'est pas aspiré mais remonte à la surface dans certaines conditions grâce à une force, c'est la poussée d'Archimède. «Tout corps plongé dans un fluide subit de sa part une force verticale dirigée de bas en haut et égale au poids du volume de fluide déplacé ; cette force est appelée poussée d'Archimède. »

 La poussée d'Archimède est la force qu’un fluide exerce

sur un objet et qui s’oppose à la pesanteur terrestre que celui-ci subit. Elle dépend du volume de l'objet, de sa masse, ainsi que de la densité du milieu. Cette définition nous aidera à déterminer les relations entre un objet flottant et le milieu dans

lequel il est immergé. Pour mieux comprendre le phénomène de la flottabilité, nous allons le

simplifier.

1. 1.3 Les états de flottabilité

On considère un objet solide plongé dans un liquide, l’eau dans notre exemple.

Alors il existe deux possibilités : soit l’objet flotte, soit il coule. Il existe donc trois états de flottabilité :

...