NOTIONS ELEMENTAIRES DE PHYSIQUE ADAPTEES A LA PLONGEE PLAN DU COURS
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- Claude Delorme
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1 NOTION ELEMENTAIRE DE PHYIQUE ADAPTEE A LA PLONGEE PLAN DU COUR JUTIFICATION DU COUR LE UNITE COURANTE LA FORCE LE POID : LA PREION MIE EN EVIDENCE: LA PREION ATMOPHERIQUE; LA PREION HYDROTATIQUE; LA PREION ABOLUE: APPLICATION A LA PLONGEE: LE PRINCIPE D'ARCHIMEDE LA FLOTTABILITE POID REEL, POID APPARENT, et FLOTTABILITE APPLICATION A LA PLONGEE : EXERCICE D'APPLICATION
2 JUTIFICATION NOTION ELEMENTAIRE DE PHYIQUE ADAPTEE A LA PLONGEE Certain phénomènes physiques ont des répercutions importantes pour la plongée sous marine. Des lois physiques interviennent sur l organisme du plongeur, son équipement son autonomie, sa flottabilité. Durant cette formation, nous allons aborder ces différents principes physiques, dans le but de les comprendre et d adapter notre comportement, afin de plonger en toute sécurité. LE UNITE COURANTE Les unités du système international (I), ne sont pas toujours bien adaptées aux besoins des plongeurs, Nous, utilisons généralement : Unité de longueur, profondeur distance: le mètre (m). Avec multiples et sous multiples. 1 km = 1000 m. 1 m = 10dm = 100 cm = 1000 mm Pour info, 1 mile nautique (NM) = 1852 m Unité de surface de superficie : le mètre carré(m²) ou le centimètre carré(cm²) Avec multiples et sous multiples. 1 m² = 100 dm² = cm². 1 cm² = 100 mm² Unité de volume le mètre cube(m3), le décimètre cube(dm3), ou le litre (L). Avec leurs multiples et sous multiples. 1 m3 = 1000 dm3 1 dm3 = 1000 cm3 = 1 L 1 m3 = 1000 L Unité de temps, de durée : l' heure (h) ou la minute (min). 1 h = 60 min = s 1 min = 60 s La densité : Les solides et liquides sont comparés à l' eau : 1 Litre d'eau pure à une densité de 1 et pèse ~ 1 kg. Les gaz sont comparés à l'air : 1 litre d'air pur à une densité de 1.3 et pèse ~ 1,3 g (1.292) = ~ 1kg / m3 1 litre de liquide qui à une densité de 2, est 2 fois plus lourd qu'un litre d'eau pur, et à une masse volumique de 2kg par litre (ou dm3) Densité eau de mer: ~1,025 Nous considérons que l'eau de mer à une densité de 1 donc litre d'eau pèse 1 kg
3 LA FORCE: Une force est définie par ces effets. On ne peut donc pas voir directement une force, on ne peut que Constater ses effets On dit qu une force agit sur un corps, lorsque le corps subit une déformation, ou un changement de Mouvement. (La vitesse change, ou la direction du mouvement change). L'unité de force est le Newton (N) LE POID : NOTION DE FORCE DE POID ET DE PREION i une certaine quantité de matière, ayant une certaine masse, est soumise à l attraction terrestre, elle subit une attraction, due à la pesanteur «g» g = 9,81 N/kg au niveau de la mer. Cette masse chute car elle à désormais un certain poids «P» défini par : P = m x g P (poids en Newton) = m (masse en kg) x g (intensité de la pesanteur en N/kg ) Avec g = 9,81 N/kg au niveau de la mer, un objet ayant une masse de 1,02 kg, à un poids de : 1.02 kg (masse) x 9.81 N/kg = 10N(force) Le poids est une force, dont l'unité (I) est le newton (N), mais habituellement on utilise le Kilogramme (kg) (alors que c est l unité de la masse) 10N = ~ 1 kg Unité de poids utilisée par le plongeur: le kg LA PREION : Le mot «pression» est souvent employé en plongée: Pression dans la bouteille, variation de pression sous l eau, pression atmosphérique... La pression agit, sur le plongeur, son environnement, LA PREION et : son matériel. Elle est impliquée dans beaucoup de lois physiques qui concernent la plongée, car elle varie avec la profondeur C'est une notion importante à appréhender pour prévenir tout risque d accident.
4 MIE EN EVIDENCE: LA PREION (suite) Disposons sur une main, un plomb et un couteau de plongée 1 er cas 2eme cas La main du plongeur porte le même poids dans les deux cas, mais la pression ressentie est différente. La pression (P) est une Force par unité de surface Où La pression est une force appliquée sur une surface m x g P = ---- F P = ---- Le plomb et le couteau pèsent 1,2 kg. urface de contact avec la main : 1er cas : 30cm² 2eme cas : 0.01cm² La pression exercée sur la main est : 1er cas : F 1,2 kg P = = P = 0,04 b 30 cm² P = 0,04 kg / cm ² 2eme cas : F 1,2 kg P = = P = 120 b 0,01 cm² P = 120 kg / cm ² L'unité (s i) de pression est le pascal. (Pa) 10 N Pascal = unité trop petite 0,0001 m 2 Cette unité est mal adaptée aux besoins du plongeur qui utilise le bar et le millibar ( mb ) 1 b = 1000 mb 1 bar c'est une force de 1kg appliquée sur une surface de 1cm² 1kg = (1kg/cm² ) = 1 bar 1cm² L'hectopascal (h Pa) 1 h Pa = 1 mb (météo) Pression atmosphérique mer = 1013 h Pa = Pa = 1,013 bar = ~1 bar Les millimètres de mercures (mm Hg) col. 760 mm Hg sur 1cm = 1 bar Les mètres de colonne d'eau (mce) 10mce appuyant sur 1cm² = 1bar
5 PREION ABOLUE ou TOTALE LA PREION ATMOPHERIQUE; LA PREION HYDROTATIQUE; LA PREION ABOLUE: ATMOPHERE 1b 5000m 0.5b AU NIVEAU DE LA MER, I ON PEAIT UNE COLONNE D AIR DONT LA HAUTEUR ERAIT EGALE A TOUTE L ATMOPHERE, ET DONT LA URFACE DE BAE ERAIT EGALE A 1 cm ², ON POID ERAIT DE 1 kg LA PREION EXERCEE PAR CHAQUE COLONNE D ATMOPHERE UR CHAQUE UR URFACE DE 1cm² ET DE 1kg / cm² ou 1 bar F 1 kg P = P. Atmosphérique = = 1bar 1 cm² = 1013 h Pa = 760 mm de mercure = 1 Atmosphère URFACE DE LA MER PREION ATMOPHERIQUE = 1 bar PROFONDEUR PREION HYDROTATIQUE ou RELATIVE = PREION ABOLUE (mesurée par rapport au vide) = PREION ATMOPHERIQUE + PREION HYDROTATIQUE APPLICATION A LA PLONGEE: F 1 kg P = P. Hydrostatique = = 1bar tous les 10 mètres 1 cm² LE PLONGEUR ET OUMI A DE VARIATION DE PREION EN FONCTION DE PROFONDEUR AUXQUELLE IL EVOLUE, CE QUI PEUT CONDUIRE A DE ACCIDENT: MECANIQUE (BAROTRAUMATIQUE), TOXIQUE, ou de DECOMPREION LA PREION INTERVIENT AUI UR LE MATERIEL: MAQUE, BOUTEILLE, ORDINATEUR, GILET DE ECURITE
6 LE PRINCIPE D'ARCHIMEDE LA FLOTTABILITE Principe qui régit tout corps placé dans l eau, il flotte coule ou est en équilibre. MIE EN EVIDENCE Un plongeur équipé Volume: 90 dm3 Cas 1 : Poids hors de l'eau 89 kg (sans plomb) Que pèse t 'on? Le plongeur C est son poids réel Plongé dans l'eau Il a un poids différent C est son poids apparent Que pèse t on? Le plongeur et Le volume d eau déplacé Cas 2 : Poids hors de l'eau 90 kg (avec 1 kg) IL COULE Cas 3 : Poids hors de l'eau 91 kg (avec 2kg) IL FLOTTE EQUILIBRE LA BALANCE ET EQULIBREE LA BALANCE ET DEEQULIBREE (POUEE DE BA EN HAUT) LA BALANCE ET EQULIBREEE LA POUEE = POID DU VOLUME D 'EAU DEPLACE PRINCIPE D ARCHIMEDE : Tout corps plongé dans un fluide, reçoit de la part de ce fluide, une poussée verticale, De bas en haut, égale au poids du volume d eau déplacé POID REEL, POID APPARENT, et FLOTTABILITE Poids apparent = Poids réel Poussée d Archimède i le poids apparent est > 0 } IL COULE Le corps à une flottabilité négative i le poids apparent est < 0 } IL FLOTTE Le corps à une flottabilité positive i le poids apparent est = 0 } IL est en EQUILIBRE, Le corps à une flottabilité nulle APPLICATION A LA PLONGEE : Le poumon ballast, Utilisation du gilet de stabilisation, Lestages et levages
7 EXERCICE D'APPLICATION : Quelle est la pression hydrostatique (ou relative) à 19 mètres de profondeur? Pression hydrostatique = profondeur / / 10 = 1,9 bar Quelle est la pression absolue à 8 mètres de profondeur? Pression absolue = pression atmosphérique + pression hydrostatique 1 + 8/10 = 1+ 0,8 = 1,8 bar ous l'eau, sur un fond rocheux, un plongeur découvre une amphore non bouchée (pleine d'eau). on poids hors de l'eau est de 15 kg (pleine d'air) a capacité est de 40 litres. on volume extérieur est de 45 litres. Le plongeur voudrait remonter l'amphore avec un parachute de 8 litres sans faire aucun effort. Est-ce possible? Il faut d'abord trouver la poussée d'archimède, c'est à dire, le poids du volume d'eau déplacé par l épaisseur des parois de l'amphore. Volume d'eau déplacé par l'amphore : 45 L 40 L = 5 L car l'amphore n'est pas bouchée. Le volume d'eau déplacé est 5L. 5 litres d'eau pèsent 5 kg. La poussée d'archimède est équivalente à une poussée de 5 kg vers le haut (50 N) Puis, Il faut trouver le poids de l'amphore dans l'eau, ( appelé son «poids apparent» ) Formule: Le poids apparent = poids réel - poussée d'archimède Le poids apparent = 15 kg - 5 kg Le poids apparent = 10 kg Pour remonter l'amphore sans effort il faudrait que l'air insufflé dans le parachute provoque une poussée d'archimède de 10 kg vers le haut ( 100 N) Il faudrait qu'il déplace 10 litres d'eau avec son parachute, hors le volume de son parachute ne fait que 8 litres. Impossible sans palmer ou alors en s'aidant de son gilet de stabilisation.
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