La masse volumique

Module 1 - Les mélanges et la
circulation de la matière
Thème 5 - La masse volumique
Une substance peut avoir une masse volumique plus petite à l’état solide qu’à l’état liquide. Quand l’eau
gèle, elle se dilate. Cela signifie qu’il y a plus d’espace vide dans un morceau de glace que dans la même
quantité d’eau. Ainsi la masse volumique de l’eau solide est plus petite que celle de l’eau liquide.
En langage courant, on définit la masse volumique comme le rapprochement ou la densité des
particules qui forment la matière. En langage scientifique on définit la masse volumique comme la
masse d’une substance par unité de volume.
Exemple : calculons la masse volumique d'un liquide qui pèse 30g pour un volume de 50mL:
On peut utiliser le modèle particulaire de la matière pour expliquer que les particules de différentes
substances sont de taille différente. La taille des particules détermine le nombre de particules qui
peuvent occuper un espace donné. Ainsi chaque substance a sa propre masse volumique, déterminée
par l’espace entre ses particules.
Les objets solides peuvent se déplacer facilement dans les liquides et encore plus dans les gaz. La fluidité
de l’eau et de l’air permet aux particules d’eau et d’air de s’écarter au passage des corps solides (non
fluides).
Espace vide et air ne veulent pas dire la même chose. Espace vide désigne un endroit où il n’y a rien
entre 2 objets (pas même de particules d’air). Par exemple, l’espace est principalement formé d’espace
vide, mais il ne contient pas d’air.
La masse volumique des solides, des liquides et des gaz
Les particules de l’eau et de la vapeur d’eau sont de même taille. Selon le modèle particulaire, il y a plus
d’espace entre les particules de gaz qu’entre les particules de liquide. Ainsi il y aurait moins de particules
dans le contenant de vapeur d’eau que dans le contenant d’eau. La masse volumique de la vapeur est
donc plus petite que celle de l’eau.
Les particules de liquide sont parfois très près les unes des autres. Cependant, elles ne peuvent pas
supporter des objets comme le font les particules des solides. Les particules de liquide se séparent
facilement, car il n’y a pas assez de force d’attraction entre elles. Voir Figure 1.27 (page 51).
De la même façon, tu ne peux pas marche sur l’air, car les gaz sont encore moins denses que les solides
et les liquides. Lorsque tu te déplaces dans l’air, tu n’as pas à déplacer autant de particules que dans
l’eau. Voir Figure 1.28 (page 51).En règle générale, la masse volumique des gaz est plus petite que
celle des liquides.
Les masses volumiques approximatives de substances courantes à 20°C. Voir Tableau 1.4 (page 52).
Lorsqu’un objet se déplace dans un fluide il sépare les particules de ce fluide. Les particules d’un solide
ne peuvent pas être séparées. Les forces d’attraction entre les particules d’un solide sont plus grandes
que celles entre les particules d’un fluide.
À mesure que la température augmente une substance passe de l’état solide, à l’état liquide, puis à
l’état gazeux. Selon le modèle particulaire, les particules d’une substance s’éloignent les unes des autres
et gagnent de l’énergie quand elles sont chauffées. Ces particules occupent plus d’espace, ce qui
signifie que la masse volumique de cette substance diminue. La plupart des substances pures ont une
plus grande masse volumique à l’état solide qu’à l’état liquide. Ces substances ont aussi une plus
grande masse volumique à l’état solide et à l’état liquide qu’à l’état gazeux.La glace est l’exception.
Le mercure est une substance ayant une des plus grandes masses volumiques connues. Voir Figure 1.29
(page 52).
La masse volumique : quel est le rapport entre la masse et le volume?
Comment peux-tu mesurer la masse volumique d’une substance? Tu dois d’abord connaître la quantité
de substance qui occupe un espace donné. Pour le savoir tu dois mesurer la masse de cette substance.
La masse est la quantité de matière contenue dans une substance. Voir Figure 1.31 (page 53). On
mesure la masse en grammes ou en kilogrammes.
Le volume est la mesure de l’espace qu’occupe cette substance. Voir Figures 1.32 et 1.33 (page 53). On
peut mesurer le volume d’un solide directement ou indirectement selon sa forme.
Quel est le volume de ce prisme rectangulaire?
Volume =
On peut mesurer le volume d’un liquide à l’aide d’une tasse à mesurer ou d’un cylindre gradué. Pour
mesurer le volume d’un gaz, on mesure le volume du contenant dans lequel il se retrouve. La quantité
maximale de fluide qu’un contenant peut renfermer s’appelle capacité. On exprime, en règle générale,
la capacité en millilitres ou en litres.
La masse d’un liquide
1.
2.
3.
4.
-On mesure la masse m1 d’un récipient vide
-On verse ensuite le liquide dans le récipient
-On mesure la masse m2 de l'ensemble
-La masse m du liquide s’obtient en faisant:
masse = masse2 - masse1
m = 153,5g - 53,5g = 100 g
La masse et le poids sont 2 choses différentes. Le poids est la force de gravité exercée sur un
objet. Une force est une poussée ou une traction ou toute chose qui modifie le mouvement
d’un corps. La force de gravité est la force naturelle qui attire un objet vers le centre de la
Terre. On mesure toutes les forces, y compris le poids, en newtons (N). La force de gravité est
presque la même partout à la surface de la Terre. Sur Terre, un objet est attiré vers le bas par
une force de gravité de 9,8 N pour chaque kilogramme de masse.
Un sac de sucre qui a une masse de 2,26 kg a donc un poids de 22,148 N sur Terre.
2,26 x 9,8 = 22, 148 N
Une formule de la masse volumique
Pour déterminer la masse volumique d’une substance, on calcule le rapport entre sa masse et son
volume. Pour le calculer, divise la masse de l’objet par son volume.
La masse volumique est représentée par la lettre grec rhô (ρ)
Par exemple la masse volumique d’un objet dont la masse est de 10 grammes et un volume de 2 cm³ est
de 5 g/cm³.
En règle générale, on exprime la masse volumique des solides en g/cm³ (grammes par centimètre
cube) et la masse volumique des liquides et des gaz en g/L (grammes par litre) ou en g/ml (gramme
par millilitre).
Tant que la température et la pression demeurent les mêmes, le rapport entre la masse et le volume
(ou la masse volumique), d’une substance pure est une constante, c'est-à-dire qu’il ne change pas.
La masse volumique est un exemple de propriété d’une substance pure, car elle dépend uniquement des
particules qui forment la substance.