Qu’est-ce que la masse volumique ?
La masse volumique indique la masse contenue dans une unité de volume. La formule est ρ = m ÷ V, où ρ est la masse volumique, m la masse et V le volume.
Par exemple, si 2 L d’aluminium ont une masse de 5.4 kg, la masse volumique est 5.4 ÷ 2 = 2.7 kg/L. Les unités sont liées ainsi : 1 kg/L = 1 g/cm³ = 1000 kg/m³.
La masse volumique est une propriété de la substance. Un petit morceau et un gros morceau de la même substance ont la même masse volumique. Elle permet donc d’identifier une substance.
| Matériau | Masse volumique, kg/L | Dans l’eau |
|---|---|---|
| Bois | 0.5 | flotte |
| Glace | 0.92 | flotte |
| Plastique | 1.3 | coule |
| Verre | 2.5 | coule |
| Aluminium | 2.7 | coule |
| Fer | 7.87 | coule |
| Cuivre | 8.96 | coule |
| Or | 19.3 | coule |
Le tableau donne les valeurs utilisées dans le simulateur. En réalité, la masse volumique du bois et du plastique dépend du type de bois ou de plastique.
Pourquoi un objet flotte-t-il ou coule-t-il ?
C’est la masse volumique, et non la masse, qui décide si un objet flotte ou coule. Un objet moins dense que l’eau flotte, et un objet plus dense que l’eau coule. Plus un objet flottant est dense, plus sa partie immergée est grande : 50 % pour le bois et 92 % pour la glace.
Crée ton propre bloc et teste sa masse volumique
Choisis un matériau, change le volume et la masse, et regarde si le bloc flotte ou coule. Ce simulateur fait partie de l’accès complet. Le téléchargement est gratuit. Sans compte, tu as accès à 2 chapitres et 5 simulateurs.
Comment utiliser le simulateur ?
- Choisis un matériau dans la rangée du bas. Fais défiler la rangée sur le côté pour trouver Cuivre et Or. Quand tu changes de matériau, le volume revient à 5 L.
- Déplace le curseur Volume entre 1 et 10 L. Le bloc grandit ou rétrécit. La masse se calcule automatiquement.
- Sur le panneau en haut à gauche, lis la masse volumique en kg/L et sa position sur une échelle de 0 à 10. L’or a une masse volumique de 19.3 : le repère s’arrête donc au bout de l’échelle.
- Si tu choisis le matériau Personnalisé, tu règles toi-même la masse entre 0.5 et 10 kg. Le simulateur calcule la masse volumique.
- L’étiquette en haut à droite affiche ⬆ Flotte ou ⬇ Coule.
Exercices à essayer dans le simulateur
- Choisis Bois et fais passer le volume de 5 L à 10 L. Réponse : la masse passe de 2.5 kg à 5 kg, et la masse volumique reste à 0.50 kg/L.
- Règle le bloc Personnalisé sur 10 L et 9 kg, puis sur 1 L et 2 kg. Réponse : le bloc de 9 kg a une masse volumique de 0.90, donc il flotte. Le bloc de 2 kg a une masse volumique de 2.00, donc il coule. Le bloc lourd flotte et le bloc léger coule.
- Règle le volume du bloc Personnalisé sur 5 L et augmente la masse. Réponse : dès que la masse dépasse 5 kg et que la masse volumique dépasse 1.0, le bloc coule.
- Compare Bois et Glace. Réponse : les deux flottent. La moitié du bois est sous l’eau, et presque toute la glace est sous l’eau.
Pourquoi la glace flotte-t-elle, et pourquoi un navire en fer ne coule-t-il pas ?
- La glace flotte sur l’eau. Quand l’eau gèle, son volume augmente et sa masse volumique diminue. C’est pourquoi un lac gèle par le dessus, et l’eau liquide reste sous la glace.
- Un navire en fer ne coule pas. Le fer est plus dense que l’eau, mais un navire contient beaucoup d’air. Si tu divises la masse totale du navire par son volume total, tu obtiens une masse volumique plus faible que celle de l’eau.
