Le poids d’un doigt

Un récipient d’eau dans lequel on plonge le doigt devient apparemment plus lourd.

Fiche d’accompagnement de l’expérience:
 

Matériel
  • une balance à plateaux ou, à défaut, une autre balance de portée supérieure ou égale à 750 g ;

  • un récipient transparent qui tienne sur l’un des plateaux de la balance, par exemple un verre ou un bécher ;

  • des masses marquées.

Montage et réalisation

Verser de l’eau dans le récipient sans le remplir. Placer le récipient sur l’un des plateaux de la balance et équilibrer la balance. Plonger un doigt dans l’eau du récipient sans toucher ni les bords ni le fond (voir la figure) : la balance est déséquilibrée, le plateau sur lequel se trouve le récipient d’eau s’incline. On constate donc qu’une force supplémentaire s’exerce sur ce plateau.
Cette force supplémentaire est très faible, elle correspond au poids d’un objet de 5 à 10 g. C’est pour cette raison que nous recommandons d’utiliser une balance à plateaux car elle est très sensible à de petites différences de forces. Si l’on utilise une balance numérique, il faut plonger la main entière dans le récipient : la force supplémentaire s’exerçant sur la balance est alors sensiblement égale au poids d’un objet de 200 à 250 g.

 

Explications

Le doigt plongé dans l’eau subit une force de la part de l’eau : c’est la poussée d’Archimède. D’après le principe des actions réciproques, le doigt exerce sur l’eau une force opposée à la poussée d’Archimède. Le récipient exerce donc sur le plateau de la balance une force verticale supplémentaire à son poids et dirigée vers le bas, de norme égale à celle de la poussée d’Archimède, donc au poids du liquide déplacé : le volume d’un doigt étant de l’ordre de quelques , cette force vaut quelques grammes. C’est le « poids du doigt »

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