La volonté de vouloir conquérir le monde a toujours été le maître mot des hommes. Il est donc primordial de savoir franchir les mers et les océans. Pour cela, les hommes se sont posé beaucoup de questions, initiant l'exécution de nombreuses expériences, qui menèrent à de belles avancées.
Caractéristiques:
- Troncs d'arbres évidés
- Pas d'équilibre
- Faible flottabilité
- 2 marins maximum
La pirogue:
Bateaux Egyptiens:
Caractéristiques:
- En papyrus
- Capables d'avoir 20 rameurs
- faible équilibre
Bateaux ronds phéniciens:
Caractéristiques:
- Meilleurs que la pirogue pour le commerce
- Forme ventrue
- Guerre et commerce
- Voiles et avirons
Les galères Scandinaves:
Caractéristiques:
- Lattes de pin ou de chêne
- Une vingtaine de mètres de long
- En haute mer
La caravelle:
Caractéristiques:
- Petit et de faible tonnage
- Large étrave et un château arrière haut et étroit
- Plus stable / Mieux équilibré
2500 av. J-C
2000 av. J-C
2000 av. J-C
350 av. J-C
230 av. J-C
Les avancées scientifiques
Archimède s'est posé les bonnes questions, celles qui remettent en question les manières de construction et donc de navigation des hommes.
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« Tout corps plongé dans un fluide au repos, entièrement mouillé par celui-ci ou traversant sa surface libre, subit une force verticale, dirigée de bas en haut et opposée au poids du volume de fluide déplacé ; cette force est appelée poussée d'Archimède. »
La poussée d’Archimède est la force que subit un corps plongé en tout ou en partie dans un liquide soumis à un champ de gravité. Plus simplement, la poussée d'Archimède est la force exercée par un fluide (air, eau, etc..) sur un objet. C’est à partir de cette poussée qu’on définit la flottabilité d’un corps. C'est cette force qui fait flotter un objet sur l'eau ou qui le fait paraître moins lourd dans l'eau que lorsqu'il n'est pas imergé.
L'eau agit sur l'objet qui, lui, subit cette dernière.
Remarques: Si le corps est totalement immergé et que sa densité est égale à la densité du fluide, alors ce corps est en parfait équilibre. Si le corps est totalement immergé et que sa densité est inférieure à la densité du fluide, alors il remonte à la surface, au contraire, si sa densité est supérieure à la densité du fluide, le corps coule.
Formule:
PArchimède = Vdéplacé × Mfluide × g
Avec :
-
V: Déplacé, le volume déplacé en m
-
M: Fluide, la masse volumique du fluide en kg par m
-
P: Archimède, le poids du fluide, en newton (N)
-
g: L'accélération de la pesanteur ou gravité, en newton par kg (sur Terre g=9,81 environ)
Les forces:
Le poids:
-kg
-Vertical
-De haut vers le bas
-P = m x g
La force exercée par la terre est le poids
Il faut tout d'abord définir trois termes pour comprendre de quoi les forces dépendent:
- Le centre de gravité est le point de concentration des différentes forces et permet à un corps de se tenir en équilibre.
- Le centre de carène est le point d'application de la résultante des forces verticales de la poussée hydraulique qui s'exercent sur la coque du navire en eau libre.
- Le couple de redressement est la distance qui sépare la verticale du centre de gravité et du centre de carène. Ce couple n’a d’effet que lorsque le bateau est incliné : la distance entre les deux forces existe alors, et l’intensité du couple devient non nulle. Il tend à redresser le bateau.
La force de la poussée d'archimède:
-Newton
-Verticale
-De bas vers le haut
-P = V x M x G
Archimède, grâce à ses avancées scientifiques, a révolutionné les bateaux, tant dans leur structure que dans leur forme.
-
Corps de flottabilité positive : l'objet remonte (Pr < Pa) ;
-
Corps de flottabilité négative : l'objet coule (Pr > Pa) ;
-
Corps de flottabilité nulle : l'objet flotte entre deux eaux (Pr=Pa).
-
Masse volumique : masse/volume (g/ml)
La flottabilité:
Thor Heyerdahl
1969
2015
Quel papier faut-il choisir pour faire un bateau?
En effet, il ne faut pas prendre n'importe quel papier. Le papier le plus adéquat pour construire un bateau avec lequel il sera possible de naviguer, est celui qui résiste le mieux à l'eau. C'est pourquoi nous allons vous démontrer à travers une expérience filmée, lequel sera le plus approprié. Les différents papiers testés sont:
- Le papier Wahtmann
- Le papier ordinaire
- Le papier supérieur
Pourquoi en forme de barque ?
Nous observons que la forme banale d'un bateau en papier n'est pas adéquate pour flotter. Il est vrai que la charge ne pourrait être répartie sur toute la surface de la coque. Ainsi une étude sur la fore du navire doit être faite. Nous retenons alors que notre navire devra être une barque car la forme de la coque permet de mieux répartir la charge sur le navire, ce qui fait de lui un bateau stable.
Préparation et calculs du navire:
Un carré de 25cm de côté donne un bateau de 22cm de long, 6cm de large et 3cm de haut. Nous obtenons donc un volume de 3 x 22 x 6 = 396 cm
Pour 396cm , le bateau supporte 300gr, par sécurité nous considérerons une charge maximale de 150gr.
Sachant que nous souhaitons que notre bateau supporte 100kg. Nous établissons donc notre calcul :
0,150 x 9 x 9 x 9 = 110kg
On multiplie donc la hauteur, la largeur et la longueur par 9 :
22 x 9 = 198, nous prendrons donc 2m.
6 x 9 = 54cm
3 x 9 = 27cm
Pour savoir quelle dimension prendre pour le carré de base de notre pliage, il faut établir ce produit en croix :
0,25/0,22 = x/2
x = 2 x 0,25 / 0,22
x = 2m27, nous prendrons pour plus de facilité 2m30.
Poussée archimède:
PArchimède de notre bateau = V (2 x 0.20 x 0.54) x M (999.97 ) x g (9.81)
= 0.216 x 999.97 x 9.81
= 2118.9 N
Notre bateau aura une flottabilité positive à partir du moment où la charge sera inférieur à 2118,9 Newton.
Application numérique:
Notre marin pèse 55kg, il faut ainsi convertir kg en N.
1 kilogramme-poids = 9.8067 newton
55 kilogramme-poids = X newton
X newton = (9.8067 x 55) /1
= 539.36 N
Or 539.36 N < 2118.9 N
Donc, notre bateau avec notre marin aura une flottabilité positive.
La mise à l'eau:
1er essai:
2ème essai:
Notre expérience
1450
On peut donc conclure qu'il faut que la poussée d'archimède soit au dessus du centre de gravité, sinon le bateau n'est pas équilibré.
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CONCLUSION:
Nous pouvons conclure, tout d'abord qu'un bateau en papier flotte, que l'on peut naviguer sur un navire en origami! Néanmoins, après deux expériences concécutives, il faut avouer que ce bateau flotte s'il a une structure pour aider à maintenir le papier en place, pour ne pas qu'il se replie sur lui même. Il faut garder à l'esprit qu'il y a beaucoup de paramètres indispensables à prendre en compte pour faire de ce papier une véritable barque.
En premier lieu, la qualité du papier, il ne faut pas prendre n'importe quel papier pour cette utilisation, il faut en prendre un qui résiste plus que les autres à l'eau. Il ne faut ensuite pas négliger son pliage. Il est vrai que ce pliage est fait pour flotter au mieux, avec un poids parfaitement réparti sur la surface du bateau. Cet origami prend en compte les différentes forces qui agissent sur la coque du navire. La poussée d'Archimède, la flottabilité ou encore l'équilibre sont les forces les plus importantes qui jouent en permanence un rôle sur la stabilité du navire.
Par ailleurs, nous pouvons à partir de cela retracer et comprendre l'évolution des coques de bateau, tant dans la forme que dans la matière de celle-ci. L'invention du bateau remonte à plusieurs milliers d'années, et correspond aux besoins que l'homme a eus très tôt, de devoir se déplacer sur l'eau, qu'il s'agisse de rivière ou de mer. Les bateaux ont donc accompagné l’homme dans son évolution. De plus, comme nous a démontré Thore Heyrdale, les connaissances sur les sciences de la marine datent de milliers d'années, grâce entre autres à Archimède. Ainsi il ne faut pas oublier la performance qu'ont eue nos ancêtres à parcourir le monde.