Exercices de Physique - FFESSM Isère

Exercices de Physique

1

Fiche Exercices

(corrigés) Mariotte - Archimède- Niveau 4

Exercice 1 :

Un plongeur, utilisant un bloc de 15 litres gonflé à 200 b, a un poids apparent nul

à 3 mètres.

Quel lestage doit-il prévoir pour avoir à nouveau un poids apparent nul à 3 mètres

après une plongée de 20 minutes à 40 mètres ?(Sachant que le poids de l'air

est : 1,23 g/litre ; et que le plongeur consomme 20 litres/minute à la surface).

Quelle est la pression dans le bloc au palier ?

* (15 x 200) = 3000 l

* 20 ‘ x 20 l/' x 5 bars = 2000 l

* 1,23g x 2000 = 2,46kg

* 3000 - 2000 = 1000 l

*

1000 l / 15 = 66,67 bars

Exercice 2 :

Un plongeur consomme 18l d’air par minute .

a) quel volume d’air consomme-t-il pendant 20minutes à 30m ?

b) Quelle est sa variation de poids apparent due uniquement à la consommation

d’air pendant ces 20minutes ?

Poids de l’air : 1.3g/litre


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a) 20’ à 30m concomme 18x20 = 360 à Pabs =4b

En surface consomme 360 x 4 = 1440 l

b) Variation de poids : 1440 x 1.3 = 1872g = 1.8 kg

Exercice 3 :

1 plongeur ayant 1 poids apparent nul à 3m en mer avec 1 lestage de 5kg et

déplacant 1 volume de 100 l doit plonger en lac.

Quel devra être son nouveau lestage pour avoir un poids apparent nul à 3m ?

Eau mer : densité : 1.03

Eau douce (lac) densité : 1

P Archi = poids du volume d’eau déplacé

En mer, Poussée archimède = 100 x 1.03 =10. kg

En lac, Poussée archimède = 100 x 1 = 100 kg

On elève 3 kg pour maintenir la flottabilité neutre

Donc lestage lac = 2 kg

Exercice 4 : 3 PTS

Un objet indéformable possède un volume de 8,2 dm 3.

Son poids réel est égal à 8 300 g.

a) quel est son poids apparent dans l’eau douce et que fait-il ?

b) quel est son poids apparent dans l’eau de mer ?

densité de l’eau douce = 1

densité de l’eau de mer = 1,03


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Réponse :

1) Papp = Préel – Parch

= Préel – (V*d)

= 8,3 – (8,2*1)

= 0,1Kg donc il coule

2) Papp = 8,3 – (8,2*1,03) = 0,146 Kg donc il flotte

Exercice 5 : 4 PTS

On dispose de 2 tampons d’un volume de 100 litres chacun et les 2 tampons sont

gonflés à 200 b.

A l’aide du premier tampon on charge jusqu’à équilibre des pressions 5 blocs de

plongée de 10 litres dans lequel il y a une pression résiduelle de 40 b.

A l’aide du deuxième tampon, on finit de gonfler les 5 blocs jusqu’à ce que l’on

atteigne la pression de gonflage des blocs de plongée à 180b.

Quelle est la pression finale dans le deuxième tampon.

Réponse :

1)

(P1*V1)+(P2*V2) = P3*V3

(200*100)+[(40*(5*10)] = P3

[(100+(5*10)]

P3=146,6 b. Pression dans les 5 blocs de 10 litres et dans le premier tampon.

2)

(200*100)-[(33,4*(5*10)] = P3

100


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P3=183,3b.

Les 5 blocs de plongée de 10 litres sont gonflés à 180 b et il reste 183,3 b dans le

deuxième tampon.

Exercice 6 : 4 Points

En Mer Rouge, il fait chaud. Après avoir été gonflé, votre bloc de 15 litres est stocké en

plein soleil. Il est alors à une température de 57° Celsius. Sa pression mesurée est de

200 bars.

Vous allez plonger avec votre palanquée dans une eau à 23° C et vous consommez 20

l/mn en surface. Le temps de descente à la profondeur d’évolution sera négligé.

a) Quelle sera votre autonomie sur une profondeur de 35 m avant d’atteindre une

pression de 70 bars ?

b) Vous remontez au bout de ce temps de 35 m à 20 m. Sur cette remontée, vous

consommez 90 litres, et à 20 m, vous avez l’heureuse surprise de voir une raie

aigle que vous suivez sur 4 mn. Mais votre consommation passe alors à 80 l/mn

en surface.

Que se passe-t-il ?

Réponse :

P1/T1 = P2/T2 d’où P2 = P1 x T2

T1

a) P2 = 200 x (23+273) = (200 x 296)/330 = 179,39b

(57 + 273)

179-70 = 109b ; 109 x 15 =1625litres

1625/ (20 x 4,5) = 18,16 soit 18 minutes et 9secondes donc 18 mn

b) 70b x 15 litres = 1050 litres

1050 – 90 = 960 litres

4minutes à 80l/mn donne 320litres x 3 = 960 litres

Donc pas assez d’air panne d’air avant les 4 minutes



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Vous devez regonfler sur le bateau deux blocs de 15 litres. Pour cela, vous disposez de

trois blocs pleins de 12 litres à 200 bars et une lyre.

Dans le bloc A de 15 litres, il reste 100 bars.

Dans le bloc B de 15 litres, il reste 80 bars.

Comment procédez-vous pour obtenir en P finale dans les deux blocs une pression

avoisinant 165 bars ?

Réponse :

On appelle les blocs 12 litres : C, D, E

1) Connecter C et A avec la lyre :

{(15x100) + (12x200)}/(15+12) = (1500 + 2400) /27 = 144b

Connecter C et B avec la lyre :

{(15x80) + (12x144)}/(15+12) = (1200 + 1728) /27 = 108b

2) Connecter D et A avec la lyre :

{(15x144) + (12x200)}/(15+12) = (2160 + 2400) /27 = 168b

Connecter D et B avec la lyre :

{(15x108) + (12x168)}/(15+12) = (1620 + 2016) /27 = 134b

3) Connecter E et B avec la lyre :

{(15x134) + (12x200)}/(15+12) = (2010 + 2400) /27 = 163b donc pas atteint

Il faut donc repartir de l’étape 2 et calculer la différence pour atteindre 165b dans le

bloc A :

165 – 144 = 21b , il donc manque 21b soit 21 x 15 = 315 litres

à ce moment là, le bloc A = 165b

D’où dans D 2400 – 315 = 2085 litres soit 2085/12 = 173b qu’il reste dans D

On reprend avec le bloc B :

Connecter D et B avec la lyre :

{(15x108) + (12x173)}/(15+12) = (1620 + 2076) /27 = 136,8b

3) Connecter E et B avec la lyre :

{(15x136,8) + (12x200)}/(15+12) = (2052 + 2400) /27 = 164,9b donc atteint



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C’est votre premier encadrement en Mer Rouge. Vous devez plonger avec un niveau 1.

Celui-ci plonge habituellement en Mer Méditerranée avec une combinaison deux pièces

(2 fois 5 mm).

Il est parfaitement équilibré avec un bloc de 12 litres de poids apparent vide de 2 kg

avec 3 kg de lest.

- Le volume de sa combinaison est évalué à 4 dm3

- Le volume du plongeur entièrement équipé avec son bloc et sa combinaison est

évalué à 100 dm3

- La densité de l’eau de mer en Mer Méditerranée : 1,02

- La densité de l’eau de mer en Mer Rouge : 1,03

Quel lestage devra-t-il avoir s’il utilise en Mer Rouge une combinaison lycra de

flottabilité nulle et un bloc aluminium de poids apparent vide de (-1 kg) ?

Pour cela :

a) Calculer avec son équipement habituel le lestage en Mer Rouge

b) Puis le lestage avec un bloc aluminium

c) Puis le lestage avec la combinaison lycra

Réponse :

a) pour 100md3 il faut 3kg de lest en Méditerranée

Papp = Préel – Parchi avec en Méditerranée le lest ou Papp = 3kg et Parchi = 100 kg

Il nous faut le Préel = 100 - 3 = 97kg

En Mer rouge :

Papp = Préel – Parchi avec Préel = 97kg et Parchi = (100/1,02) x 1,03

D’où Papp = 97 -100/1,02 x 1,03= - 3,98kg donc il faut 4kg de lest

b) avec bloc alu

Papp alu vide = - 1kg

Papp acier vide = + 2kg soit différence +3kg il faut donc ajouter 3kg au lestage de la

réponse a) soit 4 + 3 = 7kg


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c) avec lycra

vol combi 5mm = 4 dm3 en er Rouge cela donne 4 x 1,03 = 4,12kg

vol combi lycra = 0

d’où il faut enlever 4kg au lestage de la réponse b) soit 7 – 4 = 3kg (pour les puristes

6,98-4,12=2,86kg)

Exercice 9 : RELEVAGE (5pts) octobre 2006

1 Vous êtes sur un fond de 40 mètres et vous devez remonter une ancre dont le volume et

de 4 litres et le poids réel de 35 Kg. Vous êtes stabilisé sur votre SSG (système de stabilisation

gonflable). Vous avez un parachute de 25 litres à votre disposition.

Comment faites vous pour remonter l’ancre sans avoir besoin de donner le moindre

coup de palme ?

Justifiez votre réponse ?

2 Si pendant cette ou ces manœuvres, (pour faciliter vos calcul, vous considérez être en

apnée) ; quelle chute de pression constateriez vous sur votre manomètre sachant que vous êtes

équipé d’une bouteille de 15 litres. (Arrondir le résultat au bar supérieur)

Réponse :

P1xV1 = P2xV2 et Papp = Préel – Parchi

1) Papp = 35 – 4 = 31 litres-> 31 l – 25 l du parachute = 16 l

Il manque 16l pour décoller :

Soit avec ma SSG si elle est assez volumineuse

Soit avec ma SSG 12 l et 3 l avec les poumons

2) Vol = 25+16 = 31 litres

31 x 5b = 155 litres

Dans le bloc 155 / 15 = 11 bars

Exercice 10 : CONSOMMATION (5pts) octobre 2006

Vous êtes plongeur niveau 4 et vous plongez régulièrement avec Corinne qui est niveau 1.


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Elle possède un bloc de 9 litres et consomme 12 litres par minute.

Aujourd’hui, le directeur de plongée vous demande aussi d’emmener dans votre

palanquée, Gégé qui est

Egalement niveau 1. Gégé possède un bloc de 12 litres et consomme 15 litres par

minute.

Vous prévoyez d’emmener vos deux plongeurs sur un fond de 20 m.

Initialement, tous les blocs sont gonflés à 200 bars.

Corinne peut elle conserver son bloc de 9 litres ou doit elle plonger avec un 12 litres si

elle ne veut pas

arriver avant Gégé à mi-pression ?

Justifiez votre réponse ?

Réponse :

Coco à 100b 9 x 100 = 900 litres et 20m 900/(12x3) = 25 mn

Gégé à 100b 12 x 100 = 1200 litres et 20m 1200/(15x3) = 26.6mn mn

Elle doit changer de bloc si elle veut arriver à mi pression après Gégé. Par contre

étant donné la différence de consommation, dans la réalité elle pourrait garder son bloc.

Exercice 11 (3 points)

Après avoir fait gonfler votre bouteille de plongée à 200bars, vous constatez que la

température de votre bloc est de 45° C. Au départ de la plongée, la température du bloc

est passée à 16° C.

- Quelle est la nouvelle pression absolue de votre bouteille ?

P1 V1 = P2 V2

Température absolue = 16 + 273 = 289 ° K

Et

45 + 273 = 318 ° K

Pression dans le bloc = 200 x 289 / 318 = 181 , 76 bars



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Une station de gonflage est composée de deux tampons de 50 litres dont la pression est

de 300 bars lue au manomètre et de 5 rampes de gonflage. On veut gonfler 5 bouteilles

de 12 litres à une pression de 200bars. Il reste une pression résiduelle de 20 bars lue au

manomètre dans ces blocs.

Après avoir développé les différentes procédures, vous indiquerez la meilleure

manipulation pour effectuer le gonflage de ces bouteilles ?

Réponse 12 1ere manière (3 points )

1er tampon =

( 5 x 12 x 21 ) + ( 50 x 301 ) = 148 , 27 bars + 50

2e tampon =

( 5 x 12 x 148 ,27 ) + ( 50 x 301 ) = 217 ,69 bars lus au manomètre

60 + 50

2e manière ( 3 points )

( 60 x 21 ) + ( 2 x 50 x 301 ) = 188.12 bars

60 +50 +50

La première manière procure donc plus de pression dans les blocs


Donald plonge avec un bloc de 18 litres gonflé à une pression de 200bars, et avec une

réserve tarée à 50bars. Sa consommation moyenne en surface est de 26 litres/minutes .

Après 20 minutes à 40 mètres (temps de la descente négligé), Donald veut remonter un

jas d’ancre d’un volume de 10dm3 et d’une densité de 3,5.


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Notre plongeur veut conserver ses 50bars de réserve pour effectuer sa remontée .

(La densité de l’eau est de 1)

- Combien de litres peut-il mettre dans son parachute sans tirer sa réserve, afin

de remonter le jas d’ancre ? (poids du parachute négligeable)

- Le jas peut-il remonter ?

Il dispose d’un bout qu’il accroche entre le jas et le parachute, de quelle longueur devra

être ce bout pour que l’attelage remonte seul ?

Réponse 13 : Consommation à 40 mètres

20’ x 26 x 5 = 2600 litres

Pression restante dans le bloc = 18 x 200 – 2600 = 55,55 b

18

Donald peut donc utiliser 5,55 bars pour gonfler son parachute.

5,55 x 18 = 100 litres arrondis

A 40 mètres cela donne 100/ 5 = 20 litres (2 points)

Poids réel du jas = 10 x 3,5 = 35 kg

Poids apparent d l’ensemble jas + parachute après gonflage de ce dernier avec les 20

litres

35 – ( 10 + 20 ) = 5 kg

5 kg >0 ; flottabilité négative ; le jas reste au fond (2 points)

poids apparent nul pour 25 litres dans le parachute

P1V1 = P2V2 5 x 20 = P1 x 25

P2 = 4 bars

Equilibre atteint à 30 mètres

La longueur du bout devra être de 10 mètres pour que l’attelage remonte seul ( 2 points

)

Exercice 14 (5pts)


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Un plongeur dispose :

de 3 bouteilles tampon de 50 litres gonflées à 200 bars.

de 1 bi de 2 X 10 litres vide (1 bar).

Il gonfle son bi à l’aide successivement des 3 bouteilles tampon afin d’atteindre une

pression de 210 bars dans son bloc. A la fin du gonflage, son bi atteint la température de

50°C.

Il attend qu’il refroidisse et atteigne une température de 15°C pour vérifier sa pression.

On demande :

Pression absolue restante dans chacun des 3 tampons ?

Pression absolue finale dans le bi ?

Réponse 14 :

On appelle les 3 tampons : A, B, C

Avec A :(20x0)+(50x200) /(50+20) = 10000/70 = 142b

Avec B :(20x142)+(50x200) /70 = 12840/70 = 183b

Avec C :(20x183)+(50x200) /70 = 13660/70 = 195b

Le bi est gonflé à 195b avec une température de 50°C.

A 15°C, la pression du bi sera :

P1/T1 = P2/T2 d’où P2 = P1 x T2 = {195x (15+273)} / (50+273) = 173b

T1

Exercice 15

Un plongeur du DRASSM descend à 50 m dans une eau de densité 1 où il trouve une

statue qui pèse 72 kg et dont le volume et de 48 dm3.

Afin de remonter sa statue, il introduit au fond 20 litres d’air dans un parachute (densité

et poids du parachute négligeable).

Quel se passe t il ?

Si l’ensemble décolle : de quelle quantité d’air dans le parachute aurait-il pu se

contenter pour mettre l’ensemble en flottabilité nulle ?


12

Si vous pensez que l’ensemble reste au fond : à partir de quelle profondeur l’ensemble

pourra t il remonter seul sans l’aide du plongeur ? (5pts)

Réponse 15 :

Papp = Préel – Parchi = 72 – (48+20) = 4kg donc reste au fond

P1xV1 = P2xV2

P2 = P1xV1/V2 = (6x20)/24 = 5b soit 40m

Exercice 16

Sachant qu’un plongeur respire 16 litres d’air par minute en surface, en supposant qu’il

ait la même consommation à 55 mètres. Quel devra être le volume minimum de son

bloc s’il désire rester 20 minutes à cette profondeur et garder dans celui-ci 80 bars pour

la remontée et les paliers ?

On considère la descente comme instantanée, la pression initiale dans son bloc est de

200 bars.

Réponse exacte avec 2 chiffres après la virgule. (3pts)

Réponse 16 :

Consommation à 55m : 16x6,5 = 104 l/mn

Pendant 20mn soit 104x20=2080 litres

200 – 80 =120b

(2080x200) / 120 = 3466 litres pour 200b

Capacité du bloc 3466/200 = 17.3 litres soit un bloc de 18 litres


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Vous organisez une plongée. Vous disposez de 3 blocs tampons de 50 litres, chacun

gonflé à 200 bars.

Vous gonflez une bouteille de 15 litres dans laquelle il reste 50 bars.

1) Quelle est la pression finale si on ouvre les 3 tampons simultanément ?

2) Avec une conso de 20 l /mn (estimée en surface) et une réserve de 50 bars,

quelle est votre autonomie pour une plongée à 45 mètres ? (on néglige le temps

de descente à cette profondeur)

Réponse 17 :

1) Pression à l’équilibre

3 x 50 x 200 + 15 x 50 = 186,4b

3x50 + 15

2)Pabs à 45m = 5,5b

Consommation à 45m : 20 x 5,5 = 110 l /mn

Volume d’air disponible : (186,4 – 50) x 15 = 2046 l

Autonomie : 2046 / 110 = 18,6 mn


Après gonflage à 200 b, votre bloc a une température de 37°C.

Dès la mise à l’eau la température passe à 13°C.


14

1) Quelle est la nouvelle pression de votre bloc ? (2 points)

2) A l’issue de la plongée, il reste 78 b dans le bloc, (toujours à13°C). Exposé au

soleil votre bloc passe à 90 b. Quelle est sa température ? (2 points)

Réponse 18 :

1) P1 x V1 = P2 x V2

T1 T2

Pression de départ : 200 b

Températures Absolues : 13 + 273 = 286 K et 37 + 273 = 310 K

P = (200 x 286 ) / 310 = 184,5 b

2) P1 x V1 = P2 x V2

T1 T2

Pression de départ : 78 b ; Pression finale : 90 b

Températures Absolues : 13 + 273 = 286 K

T = (286 / 78 ) x 90 = 330 K soit 57 °C

Exercice 1 : 3 PTS

Un objet indéformable possède un volume de 8,2 dm 3.

Son poids réel est égal à 8 300 g.

quel est son poids apparent dans l’eau douce et que fait-il ?

quel est son poids apparent dans l’eau de mer ?

densité de l’eau douce = 1

densité de l’eau de mer = 1,03

Réponse :

Papp = Préel – Parch

= Préel – (V*d)

= 8,3 – (8,2*1)


15

= 0,1Kg donc il coule

Papp = 8,3 – (8,2*1,03) = 0,146 Kg donc il flotte

Exercice 2 : 4 PTS

On dispose de 2 tampons d’un volume de 100 litres chacun et les 2 tampons sont

gonflés à 200 b.

A l’aide du premier tampon on charge jusqu’à équilibre des pressions 5 blocs de

plongée de 10 litres dans lequel il y a une pression résiduelle de 40 b.

A l’aide du deuxième tampon, on finit de gonfler les 5 blocs jusqu’à ce que l’on

atteigne la pression de gonflage des blocs de plongée à 180b.

Quelle est la pression finale dans le deuxième tampon.

Réponse :

1)

(P1*V1)+(P2*V2) = P3*V3

(200*100)+[(40*(5*10)] = P3

[(100+(5*10)]

P3=146,6 b. Pression dans les 5 blocs de 10 litres et dans le premier tampon.

2)

(200*100)-[(33,4*(5*10)] = P3

100

P3=183,3b.

Les 5 blocs de plongée de 10 litres sont gonflés à 180 b et il reste 183,3 b dans le

deuxième tampon.

QUESTION 1 : 4 Points (avril 2006)

En Mer Rouge, il fait chaud. Après avoir été gonflé, votre bloc de 15 litres est stocké en

plein soleil. Il est alors à une température de 57° Celsius. Sa pression mesurée est de

200 bars.

Vous allez plonger avec votre palanquée dans une eau à 23° C et vous consommez 20

l/mn en surface. Le temps de descente à la profondeur d’évolution sera négligé.

Quelle sera votre autonomie sur une profondeur de 35 m avant d’atteindre une

pression de 70 bars ?

Vous remontez au bout de ce temps de 35 m à 20 m. Sur cette remontée, vous

consommez 90 litres, et à 20 m, vous avez l’heureuse surprise de voir une raie aigle

que vous suivez sur 4 mn. Mais votre consommation passe alors à 80 l/mn en

surface.

Que se passe-t-il ?


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Réponse :

200 / (273 + 57) = P / (273 + 23) P = (200 x 286) / 330 = 179 b

(179 – 70) x 15 / 20 x 4,5 = 18,6 mn

70 x 15 = 1050 l - 90 = 970 l

80 x 4 = 320 l

970 – 320 = 350 l

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Exercices de Physique - FFESSM Isère