Comment vole un avion ?

 

 

La poussée d’achimède

Un aérostat décolle uniquement grâce à la poussée d’Archimède.( La poussée d’Archimède est la force particulière que subit un corps plongé en tout ou en partie dans un fluide (liquide ou gaz) soumis à un champ de gravité. Cette force provient de l’augmentation de la pression du fluide avec la profondeur (effet de la gravité sur le fluide, voir l’article hydrostatique) : la pression étant plus forte sur la partie inférieure d’un objet immergé que sur sa partie supérieure, il en résulte une poussée globalement verticale orientée vers le haut. C’est à partir de cette poussée qu’on définit la flottabilité d’un corps.)
Un ballon au décollage est donc soumis à deux forces :
Au poids, de norme P = m.g ;
A la poussée d’Archimède, de norme Π_A = ρ.V.g ;
Avec :
m la masse du ballon en kg ;
ρ la masse volumique du liquide déplacé en kg/m³;
V le volume de liquide déplacé (autrement dit le volume du ballon) en m³;
g la constante de gravité (g = 9 81 m.s⁻² ou N/kg)

Pour que le ballon décolle, on doit donc s’assurer que Π_A>P, c’est-à-dire que ρ.V > m.

En ce qui concerne une montgolfière, cette différence sera obtenue grâce au chauffage de l’air dans l’enveloppe. En effet, l’air chaud a une masse volumique inférieure à l’air froid : cela est formalisé par l’équation d’état des gaz parfaits. En supposant que la quantité d’air dans le ballon ne varie pas, il en résulte que le volume deviendra plus important avec la température. Le volume devenant plus important, la force d’Archimède augmentera aussi. Comme le poids ne varie pas, on arrive à obtenir : Π_A>P