La physique à la plage : la matelas gonflable

Objet indispensable à tout plagiste qui se respecte, le matelas flotte grâce à des lois physiques.
Lesquelles ?


question de poids ?

Vous vous êtes certainement déjà retrouvé avec un matelas pneumatique entre les mains et à le gonfler pour vos tendres chérubins.
Comme vous avez pu le constater, le matelas flotte parfaitement sur l'eau.

Pourquoi ?

Tout simplement parce que les matériaux utilisés pour sa fabrication comme le caoutchouc ou le plastique sont beaucoup plus légers que l'eau.

Seule explication ?

Non, la flottabilité est conférée par l'air présent à l'intérieur du matelas.
Physiquement, l'air présente une densité beaucoup plus faible que l'eau ce qui explique qu'il ne coule pas.
Mais une question que vous pouvez légitimement vous poser est : lorsqu'on est allongé dessus pourquoi le matelas flotte toujours ?
Le poids est certes augmenté mais la flottabilité reste possible, jusqu'à un certain point.

Deux forces en présence

Dès qu'une personne grimpe sur le matelas gonflable, deux forces contradictoires vont s'exercer :

La pesanteur qui correspond au poids de l'individu. Cette force s'effectue de haut en bas et entraîne le matelas vers le fond.

La poussée d'Archimède. Tout le monde en a déjà entendu parler et sa définition est plus que célèbre : " Tout corps plongé dans un liquide reçoit de la part de ce liquide, une poussée verticale de bas en haut, égale au poids du volume du liquide déplacé ".
Cette fameuse poussée se réalise aussi bien pour un bateau construit en matériaux lourds, que pour un iceberg ou encore un nageur qui fait la " planche ".

Comment cela fonctionne ?

Le matelas gonflable présente un volume constant avec ou sans personne dessus.
Dès qu'un individu monte dessus, il augmente le poids donc la pesanteur mais ne change pas le volume.
Ce poids déplace un certain volume d'eau qui lui-même a un poids.
Si ce poids d'eau déplacé est supérieur à la pesanteur, le matelas flotte.
Mais s'il est inférieur, il coule.
C'est ce qui se passe lorsque plusieurs individus grimpent sur le matelas.
Donc pour tenir nombreux sur un matelas, il suffit d'en acheter un plus grand car plus le volume augmente, pour un poids constant plus la poussée d'Archimède sera grande.

C'est comme pour une bouteille.
Prenez une bouteille vide, elle flotte.
Plus vous la remplissez d'eau plus elle coule.
Mais si vous mettez la même quantité d'eau dans deux bouteilles de gabarit différent, vous constaterez que la plus volumineuse flotte plus que l'autre.