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Alban du Plessis Masse volumique
Collège des Tilleuls – Annecy Page 1 sur 4 Physique - Chimie
Séquence 2 : MASSE VOLUMIQUE Niveau 4ième
Objectifs :
- Savoir mesurer la masse volumique d’un objet - Etre capable de mesurer le volume d’un solide par déplacement d’eau - Etre capable de mesurer le volume d’un gaz par déplacement d’eau - Savoir se servir d’une balance - Etre capable de mesurer la masse d’un gaz
La problématique Comment mesurer la masse volumique d’un solide, d’un liquide, d’un gaz ? Ce qui a été fait Nous avons placé une canette de coca dans l’eau, elle coule. Nous avons placé une canette de coca zéro dans l’eau elle flotte. Les deux canettes n’ont pas la même masse volumique. La canette de coca a une masse volumique supérieure à celle de l’eau alors que la canette de coca zéro a une masse volumique inférieure à celle de l’eau. Nous avons vu que l’on peut mesurer le volume d’un solide par déplacement d’eau. Si le solide tient dans une éprouvette graduée, on introduit de l’eau dans l’éprouvette, on note le volume, on introduit ensuite le solide (qui doit être entièrement immergé), on note le nouveau volume. La différence de volume correspond au volume du solide. Si le solide ne tient pas dans l’éprouvette, on rempli à ras bord un récipient pouvant le contenir. On immerge le solide, de l’eau déborde. On sort le solide et on mesure à l’aide d’une éprouvette le volume d’eau nécessaire pour compléter le récipient à ras bord. Ce volume correspond au volume du solide. Nous avons mesuré le volume et la masse de différents solides. Cela nous a permis de calculer leur masse volumique et de les identifier par comparaison avec des masses volumiques données. (Voir tableau). Nous avons ensuite vu que pour mesurer le volume d’un solide qui flotte, il suffit de le forcer à couler en appuyant dessus. Nous avons vu que pour mesurer la masse volumique d’un liquide, il suffit de placer une éprouvette graduée sur une balance, de faire la tare (=mise à zéro) et introduire le liquide. On obtient ainsi à la fois le volume et la masse. Nous avons vu que l’on peut mesurer un volume de gaz par déplacement d’eau. Il faut placer un récipient, plein d’eau, de volume connu (ou bien une éprouvette graduée), renversé dans une bassine pleine d’eau. On fait arriver le gaz dans le récipient, il chasse l’eau et cela nous permet de mesurer le volume de gaz recueillit.
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Nous avons vu que l’on peut mesurer la masse d’un volume de gaz en mesurant la masse d’un récipient indéformable sous pression (ici un ballon) contenant le gaz. On mesure la masse du récipient plein puis de nouveau après avoir vidé un volume connu de gaz (volume mesuré par déplacement d’eau). La différence de masse correspond à la masse de gaz retirée. Pour mesurer la masse d’un litre d’air, nous avons gonflé un ballon de handball. Nous l’avons pesé. Nous avons vidé ensuite un litre d’air, volume mesuré par déplacement d’eau dans une bouteille de un litre. Nous avons pesé de nouveau le ballon. Ballon Bouteille 1L Balance Cuve pleine d’eau Schéma : Mesure de la masse d’un litre d’air. Nous avons obtenu la masse volumique de l’air : 1,2 g/L. A retenir Pour mesurer une masse, on utilise une balance. Pour mesurer le volume d’un liquide : on utilise une éprouvette graduée. Pour mesurer le volume d’un solide ou d’un gaz, on utilise un dispositif à déplacement d’eau. On mesure le volume d’eau déplacé, ce volume correspond au volume du solide ou du gaz. Pour mesurer la masse d’un gaz, on mesure la masse d’un récipient sous pression contenant ce gaz avant et après avoir vidé un volume mesuré du gaz. La différence de masse correspond à la masse du volume vidé. La masse volumique correspond à la masse par unité de volume. Pour trouver la masse volumique (M), il suffit de diviser la masse (m) par le volume (V). On a :
𝐌 =𝐦𝐕
Avec : m en g, V en cm3 et M en g/cm3
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Un peu d’histoire Archimède (287 – 212 av. JC) a reçu comme travail de vérifier si la couronne du roi Hiéron II de Syracuse était bien en or pur. Le roi soupçonnait l’artisan d’avoir remplacé une partie de l’or par de l’argent. En prenant son bain, Archimède constate que le niveau de l’eau
monte lorsqu’il rentre dans l’eau. Il réfléchit et comprend que l’élévation du niveau de l’eau correspond au volume introduit dans l’eau. Il peut alors mesurer précisément le volume de la couronne en l’immergeant dans l’eau et en relevant bien la différence de niveau. Il ne reste plus qu’à la peser pour obtenir sa masse volumique et la comparer à celle de l’or. Quelques ordres de grandeur Masse volumique des métaux : de l’ordre de 10 g/cm3 Masse volumique des roches : de l’ordre de 3 g/cm3 Masse volumique de l’eau : 1 g/cm3 Masse volumique de l’air : 1,2 g/litre Fiches méthodes associées Rédaction Schéma Formules A = B x C Conversions Entrainement L’artisan a-t-il perdu la tête ? La masse de la couronne était 2040g. Archimède mesure un volume d’eau déplacée de 120 ml. L’artisan a-t-il triché ? Données : Masse volumique de l’or : 19,3 g/cm3 Masse volumique de l’argent : 10,5 g/cm3 …………………………………………………………………………………………………
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Un objet parallélépipédique mesure 15cm x 17cm x 18 cm. Sa masse est de 4,5kg. Cet objet coule-t-il ou bien flotte-t-il sur l’eau ? …………………………………………………………………………………………………
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Que se passe-t-il si on jette cet objet dans la mer morte ? Donnée : masse volumique de l’eau de la mer morte est 1,24 g/cm3 …………………………………………………………………………………………………
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Vincent Thyme trouve un caillou doré. Une pépite d’or surement ! Pour en être sûr, il pèse sa trouvaille (186g) et mesure son volume (9,5ml). Le voilà-t-il riche ? (L’or à une valeur de 37 euro du gramme). …………………………………………………………………………………………………
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