Pourquoi les radeaux flottent-ils ?
Les radeaux sont la forme la plus ancienne et la plus élémentaire de bateau que le monde ait connue. Avec sa conception simpliste à fond plat, beaucoup de gens se demandent comment un radeau peut flotter, surtout avec des personnes à bord. Examinons maintenant cette question.
Un radeau, comme tous les bateaux, flotte grâce au déplacement d’eau qui se produit lorsqu’il est placé dans l’eau. La grande surface du fond plat du radeau déplace suffisamment d’eau pour le faire flotter grâce au principe de flottaison. Le principe de flottaison stipule que lorsqu’un objet déplace dans l’eau la même quantité de poids que l’objet lui-même, l’objet flotte. Comme un radeau est plus léger que le poids de l’eau qu’il déplace, il flotte facilement.
Pourquoi les radeaux traditionnels et modernes flottent
La raison pour laquelle un bateau flotte est due à sa flottabilité et au principe de la flottaison (nous reviendrons plus tard sur ce principe). Un radeau n’est pas différent.
La flottabilité est un terme utilisé pour désigner la force qui existe et qui soutient les choses dans un liquide (et un gaz également).
Lorsqu’un radeau flotte sur une eau calme, la gravité le pousse vers le bas. Lorsque cela se produit, le radeau déplace l’eau située en dessous de lui en la poussant et la partie du radeau dans l’eau prend la place de l’eau déplacée. À son tour, l’eau sous le radeau repousse vers le haut. Cette pression qui pousse vers le haut contre le fond du bateau est la force que nous appelons flottabilité.
Comment fonctionne la flottabilité
Bien que nous parlions de flottabilité lorsque nous traitons de bateaux et de radeaux, le terme réel utilisé pour décrire la capacité d’un bateau à flotter est appelé force flottante nette.
La force de flottaison nette exercée sur un objet est responsable de sa flottabilité et de sa capacité ou non à flotter. La force de flottaison nette exercée sur un objet est la différence entre la poussée vers le haut du liquide qui soutient l’objet et la force gravitationnelle qui pousse l’objet vers le bas.
C’est ainsi que la force de flottaison nette fonctionne :
- If the gravitational force is greater than the push upwards from the water then the net buoyant force will be negative and the object will sink.
- If the gravitational force is equal to the push upwards from the water then the net buoyant force will be zero and the object will float.
- Lorsque la force gravitationnelle est inférieure à la poussée vers le haut exercée par l’eau, la force de flottaison nette est positive et l’objet s’élève (évidemment, cela ne se produit que lorsque l’objet est immergé sous l’eau).
Alors, quel est le rapport entre toutes ces informations et la capacité d’un radeau à flotter ?
Pour qu’un objet flotte, la force de flottaison nette doit être nulle, c’est-à-dire que la force qui pousse le bateau vers le haut doit être égale à la force de gravité qui pousse le bateau vers le bas. C’est facile jusqu’ici ?
La force qui pousse le bateau hors de l’eau est appelée force de flottabilité.(Je sais… on pourrait penser qu’ils donnent des noms complètement différents à ces choses pour éviter toute confusion, mais qui suis-je pour contredire les scientifiques ?)
Pour calculer la force de flottaison nette d’un objet (sa capacité à flotter), nous utilisons une équation simple.
L’équation de la force de flottaison nette d’un bateau est la suivante :
Force de flottaison nette = force de flottaison – la masse de l’objet
Ainsi, lorsque nous savons combien d’eau est déplacée par un objet, comme un radeau, et que nous connaissons la masse de l’objet, nous pouvons dire s’il va flotter ou couler. Grâce à ces connaissances, nous pouvons également concevoir des bateaux dont la flottabilité est garantie, quelle que soit la matière dont ils sont faits. C’est ainsi que de lourds navires militaires en acier pesant jusqu’à 97 000 tonnes flottent dans une eau qui ferait couler une petite barre d’acier.
Nous pouvons garantir que tout bateau flottera dans l’eau grâce au principe de flottaison.
Le principe de flottaison stipule que tout objet flotte s’il déplace le même poids dans de l’eau égale au poids de l’objet.
Cela peut être énoncé comme suit :
Si un objet déplace de l’eau avec un poids égal à son propre poids, l’objet flotte.
Quelques exemples pour illustrer ce principe :
- Un radeau pesant 2 livres et déplaçant 2 livres d’eau flottera.
- Un radeau pesant 40 livres et déplaçant 40 livres d’eau flottera.
- Un porte-avions qui pèse 97 000 tonnes et déplace 97 000 tonnes d’eau flottera.
Par contre, si l’objet est plus lourd que le poids de l’eau qu’il déplace, il coulera.
Exemple :
- Un objet pesant 2 livres et déplaçant seulement 1 livre d’eau coulera.
- Un objet pesant 40 livres qui ne déplace que 39 livres d’eau va couler.
C’est pourquoi de nombreux types d’embarcations, des bateaux de pêche à la dérive aux canoës et kayaks en passant par les Jon boats et les skiffs, peuvent flotter même si leur coque est de conception et de poids complètement différents.
Pourquoi une surface plane flotte sur l’eau
Un radeau est quelque peu différent des autres bateaux lorsqu’il s’agit d’utiliser le principe de la flottaison, car un radeau est généralement plus léger que le poids de l’eau qu’il déplace parce qu’il a une surface complètement plate sur son fond et son sommet.
Nous savons qu’un objet flotte si le poids de l’eau qu’il déplace est égal au poids de l’objet, mais la flottaison se produit également lorsque le poids de l’objet est inférieur au poids de l’eau qu’il déplace.
Ainsi, le principe de flottaison stipule également que :
Si un objet déplace de l’eau avec un poids inférieur à son propre poids, il flotte.
Comme un radeau est une embarcation légère à fond plat, avec une grande surface de fond, il déplace beaucoup d’eau. Mais comme l’eau est lourde et que le radeau est léger, le poids de l’eau déplacée pour faire de la place au radeau est beaucoup plus léger que le radeau, qui flotte donc.
Bien entendu, ce principe est tout aussi valable lorsque vous surchargez un radeau et le rendez plus lourd que l’eau qu’il déplace. Si vous surchargez un radeau, il devient plus lourd que l’eau qu’il déplace et… vous l’avez deviné… le radeau coule.
Vous savez donc maintenant pourquoi un radeau plat flotte sur l’eau, même lorsqu’il est utilisé pour des activités extrêmes comme le rafting.