La masse volumique
Objectifs
À la fin de ce chapitre, vous saurez :
• comparer les masses de corps de même volume, et les volumes de corps de même masse ;
• définir la masse volumique et préciser son unité ;
• appliquer la relation ρ = mV ;
• mesurer la masse volumique d'un solide et d'un liquide ;
• définir la densité ;
• prévoir si un corps flotte ou coule dans un liquide.
Situation de départ
Un énorme porte-conteneurs en acier de plusieurs centaines de milliers de tonnes flotte, alors qu'un petit clou en acier coule. Un iceberg flotte, mais l'essentiel de sa glace reste sous l'eau.
On dit souvent que « le fer est lourd et le liège léger ». Est-ce vraiment correct ?
1. Même volume, masses différentes
Expériences avec une balance de Roberval
- un morceau de bois et un morceau de liège de même volume : la balance penche du côté du bois. Des corps de même volume n'ont pas forcément la même masse ;
- un morceau de bois et un morceau de cuivre de même masse : le cuivre est bien plus petit. Des corps de même masse n'ont pas forcément le même volume.
Dire « le fer est lourd » n'est donc pas précis : un gros morceau de liège peut être plus lourd qu'un petit clou. Pour comparer deux matières, il faut comparer les masses de volumes égaux, à la même température.
2. La masse volumique
La masse volumique ρ (lettre grecque « rhô ») d'un corps homogène est la masse de l'unité de volume de ce corps :
ρ = mV
- Unité internationale : le kilogramme par mètre cube (kg.m-3). On utilise aussi le g.cm-3 (ou g.mL-1) : 1 g.cm-3 = 1000 kg.m-3.
- On en déduit : m = ρ × V et V = mρ.
Quelques masses volumiques
| Corps | ρ (kg.m-3) |
|---|---|
| liège | 240 |
| bois | 400 à 1000 |
| huile d'olive | 920 |
| eau | 1000 |
| aluminium | 2700 |
| fer | 7900 |
| cuivre | 8900 |
| mercure | 13 600 |
| air | 1,2 |
| hélium | 0,17 |
La masse volumique varie un peu avec la température (et avec la pression pour les gaz), car le volume change alors que la masse reste la même.
3. Mesurer une masse volumique
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