Questions aux experts

L'explication "théorique" réside dans la célèbre "poussée d'Archimède" : tout corps plongé dans un liquide subit de la part de celui-ci une force verticale dirigée de bas en haut, égale au poids du liquide déplacé. De deux choses l'une, ou bien le poids de ce corps est supérieur à la poussée d'Archimède, et le corps coule, ou bien il est inférieur, et le corps flotte.
C'est vite dit, mais ça n'est pas forcément très clair. Que signifie "liquide déplacé"? Quand j'immerge en entier dans de l'eau un objet dont le volume est un litre, le volume d'eau déplacé vaut précisément un litre, dont la masse est 1kg. La poussée d'Archimède vaut 1kg x 9,81=9,81N. Tant que je ne l'ai pas entièrement enfoncé, le volume déplacé ne correspond qu'à la partie immergée, et la poussée d'Archimède est inférieure à cette valeur. La question de flottabilité est alors un problème d'équilibre de forces, le corps immergé étant soumis à deux forces de sens opposés, son poids et la poussée d'Archimède. L'une est constante (le poids), l'autre varie avec l'enfoncement (la poussée). Si l'équilibre entre ces deux forces est atteint avant immersion complète, le corps cesse de s'enfoncer et flotte. Si l'équilibre n'est jamais atteint, ce qui signifie que la densité moyenne du corps est supérieure à celle de l'eau, le corps coule irrémédiablement. Le corps qu'on immerge n'a pas besoin d'être homogène pour que la loi s'applique. Un bateau est en fait une boîte métallique étanche en ferraille, pleine d'air. Elle n'est donc pas vraiment lourde, et son poids est inférieur au poids d'un volume égal d'eau. Donc elle flotte. Si on la remplit d'objets lourds, par exemple des morceaux de plomb ou de cuivre, il vient un moment où son poids dépasse celui du même volume d'eau, et elle coule.
Je propose la petite expérience suivante, qui nécessite un matériel peu coûteux : une cuvette pleine d'eau, un gobelet en plastique de qualité moyenne, de l'alcool à brûler, de l'eau et du sel.
-1 on remplit à moitié le gobelet d'alcool et on le dépose sur l'eau. il flotte évidemment, et on le remplit avec précaution, toujours d'alcool, jusqu'au bord. Il flotte toujours, et son bord est bien à quelques millimètres au-dessus du niveau de l'eau.
-2 on refait l'expérience en le remplissant d'eau. Juste quand il est plein, il coule, ou presque, en tout cas l'eau affleure le bord.
-3 même expérience, avec de l'eau bien salée. Pour obtenir vite de l'eau bien salée, il est commode de chauffer l'eau avec plein de sel dedans, de laisser refroidir et de décanter. Cette fois, on constate que le gobelet coule avant d'être rempli jusqu'au bord.