L'énoncé
Une balle de ping-pong flotte à la surface de l'eau. À cause de son faible poids, l'eau exerce une force verticale sur la balle, qui l'empêche de couler.
L'autre force s'appliquant sur la balle est la gravitation, provoquée par la Terre, de formule $F=m \times g,$ avec $F$ la force, $m$ la masse, et $g$ l'accélération de la pesanteur valant environ $9,8 m/s^2.$
Question 1
Réaliser un schéma représentant les deux forces qui s'exercent sur la balle.
On représente la force de gravitation, verticale vers le bas, ainsi que la force de résistance de l’eau, verticale vers le haut :
Question 2
Calculer la force de gravitation subie par la balle, si celle-ci à une masse de $m=0,01 kg.$
On applique la formule fournie dans l’énoncé : $F_{Grav}=0,01 \times 9,8=0,098 N.$
Question 3
L'eau exerce sur la balle une force de $F_{Resi}=1 N.$ Expliquer pourquoi la balle ne coule pas (on pourra s'aider du schéma).
La balle ne coule pas, parce que l’attraction de la Terre transmise par la force de gravitation est inférieure en valeur absolue à la force de réaction exercée par l’eau, qui pousse la balle vers le haut.
Question 4
On attache à la balle un poids en métal de masse $m’=1 kg.$ Calculer la nouvelle force de gravitation subie. La balle coule-t-elle si l'eau exerce toujours la même force ?
La nouvelle masse de l’ensemble est donc $m+m’=1,010 kg.$
La nouvelle force de gravitation est donc, toujours d’après la formule, $F’=1,010\times 9,8=9,898 N.$
On constate que $9,898>1$
Cette fois-ci, la balle coule car la force de l’eau poussant la balle vers le haut n’est plus suffisante pour compenser l’attraction de la Terre.