IX- La poussée d'Archimede
Dans l'animation ci-contre
(dix-huitième animation), un objet est placé dans un récipient contenant un gaz. Il a tendance à être soulevé par le gaz
en étant soumis à une force dirigée vers le haut qui compense le poids et qui s'appelle la poussée d'Archimède.
Cette force tient à deux raisons reliées :
- Une molécule donnée le frappe plus fort en bas qu'en haut. En effet à cause de la pesanteur, quand elle est en bas elle va
plus vite qu'en haut. Il en résulte
que la force appliquée en bas qui soulève est plus forte que la force appliquée en haut
qui abaisse.
- Il y a moins de chocs en haut car certaines molécules vont trop lentement pour arriver en haut. Les chocs
en bas qui soulèvent sont donc plus nombreux que les chocs en haut qui abaissent.
Dans l'animation, on peut choisir la température et la masse de l'objet.
Les deux phénomènes ci-dessus sont reliés. Comme nous l'avons vu, il y a moins de molécules en haut. Mais les molécules
qui arrivent en haut étaient en bas parmi celles qui allaient le plus vite. Cependant, en montant, elles ralentissent.
Ces deux phénomènes se compensent pour la répartition des vitesses des molécules de Maxwell-Boltzmann,
ce qui donne une vitesse moyenne la même en haut et en bas.
L'état d'équilibre du gaz est isotherme.
On peut par la pensée, mettre dans cet objet de masse supposée nulle, autant de molécules du gaz qu'il y en aurait
si les parois de l'objet n'étaient pas là. Il est bien évident que dans une telle situation, l'objet restera immobile,
la poussée d'archimède compensant exactement le poids. Cette gedanken experiment permet de démontrer que la poussée
d'Archimède est en intensité égale au poids du volume de fluide déplacé par l'objet.
La proportionalité au volume est évidente par elle-même. Le nombre de chocs est proportionnel à la surface,
mais la différence d'effet entre les chocs en haut et ceux en bas, qui donne la différence de pression avec l'altitude,
est proportionnelle à cette altitude.
Donc F 
S h = V.
Un gaz se dilate quand on le chauffe. Donc les molécules s'écartent et un volume donné du gaz contient moins de molécules
donc est moins lourd. Le gaz chaud est moins dense que le gaz froid. C'est le
principe des Montgolfières; voir : dilatation
et équilibre thermique; et
3)
Intervention de la gravité.
