La notion de masse volumique vous semble-t-elle complexe ? Cet article vous éclairera sur ce concept fondamental en physique.
La masse volumique est une façon de mesurer combien une substance ou un objet est lourd par rapport à l'espace qu'il occupe.
Pour la comprendre facilement :
La masse volumique est donc la masse d'un objet divisée par son volume. Par exemple, si vous prenez un petit cube de sucre, il a une certaine masse et un certain volume. La masse volumique dit combien il pèse par rapport à sa taille.
Les scientifiques utilisent la masse volumique pour comparer la lourdeur des différents matériaux.
Lire aussi: Minute clé : Sarah
La masse volumique est une grandeur physique qui définit la quantité de matière (masse) rencontrée dans un espace (une unité de volume) donné ; c’est-à-dire la masse par unité de volume.
Calculer la masse volumique est assez simple :
On relève la masse affichée sur la balance.
On applique la formule de la masse volumique.
Si nous renouvelons la mesure pour l’eau, nous trouvons que $10\ \text{mL}$ d’eau pèsent $10\ \text{g}$.
Lire aussi: Ozone: comment est-elle mesurée et quels impacts?
I. Définition
• La masse volumique d'un liquide ou d'un solide est la masse de matériau par unité de volume. Elle est notée μ (« mû ») ou ρ (« rhô ») et est déterminée par la relation : .
• On peut également écrire, à l'aide d'un produit en croix, l'expression de la masse : m = ρ × V.
II. Mesure de la masse volumique d'un matériau
• Pour un liquide : on mesure la masse d'un certain volume de liquide. Pour cela, on place sur une balance une éprouvette graduée contenant le liquide. Grâce à la balance, on mesure la masse m (penser à tarer la balance). Grâce à l'éprouvette graduée, on mesure le volume V. On en déduit la masse volumique ρ par le calcul.
Lire aussi: Micro-onde ou four ? Optimisez vos temps de cuisson
Exemple : On mesure m = 184 g et V = 200 ml, soit .
• Pour un solide : on détermine le volume V du solide, puis on mesure sa masse m à l'aide d'une balance.
Exemple : On mesure le volume du parallélépipède rectangle : V = longueur × largeur × hauteur = 2,5 × 1,6 × 1,3 = 5,2 cm3 et m = 5,4 g, soit .
La masse volumique est exprimée en unités de masse par unités de volume. Dans le Système international (SI), l'unité de base pour la masse volumique est le kilogramme par mètre cube (kg/m³). Cependant, selon les contextes et les échelles utilisées, on peut utiliser d'autres unités, par exemple :
À savoir :
Si on dit que la masse volumique d'un matériau est 2,5 g/cm³, cela signifie que chaque centimètre cube de ce matériau pèse 2,5 grammes.
Pour convertir un volume (en millilitres, ml) en une masse (en grammes, g), vous devez connaître la masse volumique (ou densité) de la substance à convertir.
Pour calculer le volume d'une masse donnée, vous devez connaître la masse volumique de la substance.
Elle est généralement notée par les lettres grecques ρ rho ou µ mu. On utilise ces deux notations en fonction des habitudes du domaine de travail.
L'unité de mesure de la masse volumique dans le système international est le kilogramme par mètre cube (kg·m-3 ou kg/m3), mais on utilise couramment le g/cm3, le kg/ℓ ou la t/m3 (ces trois dernières unités donnant exactement le même nombre : proche de 1 dans le cas de l'eau par exemple)... Dans le système CGS, elle s'exprime en g/cm3.
Remarques
La valeur numérique est la même dans plusieurs unités car 1 g/cm3 = 1 kg/dm3 = 1 kg/ℓ = 1 t/m3.
La masse volumique de l'eau est très proche de 1 kg/ℓ. Ce n'est pas un hasard, car cela résulte des premières tentatives de définition du kilogramme comme la masse d'un litre d'eau à 4 °C (température pour laquelle la masse volumique de l'eau est maximale) ; la valeur exacte de la masse volumique de l'eau à 4°C est de 0,99995 kg/L.
Même si les deux notions sont étroitement liées en physique, nous attirons votre attention sur le fait qu’il ne faut pas confondre la masse volumique et la densité.
Si la masse volumique permet de rendre la concentration d’une substance, la densité permet d’en rendre le caractère plus ou moins pesant par rapport à un matériau de référence.
L’eau est le matériau de référence pour les liquides et les solides, tandis que l’air l’est pour les gaz.
Pour calculer la densité d’une substance, vous devez disposer de la masse volumique du matériau et de la masse volumique du matériau de référence. Ces deux chiffres doivent être exprimés dans la même unité.
La masse volumique de l'eau valant, à 3,98 °C, 1 g/cm³, la densité d'un liquide ou d'un solide s'exprime par la même valeur numérique que sa masse volumique en g/cm³ ou en kg/ℓ : par exemple, il est équivalent de dire que la densité de l'éthanol est de 0,79 ou que sa masse volumique est de 0,79 g/cm³.
Ceci donne lieu à des confusions fréquentes entre les concepts de masse volumique et de densité.
La masse volumique dépend de plusieurs facteurs qu’il s’agit de prendre en considération au risque de fausser les mesures. Généralement, les masses volumiques sont calculées pour des corps à une température de 20 °C et à une pression atmosphérique normale de 1013 hPa.
Mesurer la masse volumique aide à connaître les niveaux de pureté et de concentration de certains produits comme les matières premières ou les produits finis. Certains secteurs de l’économie ont besoin de la calculer précisément pour assurer et garantir la qualité de leurs produits ou matériaux.
Nous avons évoqué précédemment que le calcul de la masse volumique pouvait être utile aux professionnels, notamment dans leurs différents procédés industriels, comme les techniques d’enrobage par exemple.
Différents secteurs professionnels utilisent au quotidien la notion de masse volumique. Plus précisément, dans les secteurs de l’industrie minière, de l’industrie chimique et l’agroalimentaire, la masse volumique s’applique pour des solides en particules comme les granulés, les poudres… ou encore pour les solvants, les acides, les bases et toutes sortes de fluides industriels.
Dans le secteur des vins et spiritueux, la masse volumique est utilisée pour spécifier le pourcentage d’alcool dans les spiritueux ou pour contrôler la fermentation des vins et bières. Dans l’industrie pharmaceutique, elle est largement utilisée pour les cosmétiques.
Tous les matériaux ont des masses volumiques différentes, ce qui permet de les caractériser et de les différencier. Par exemple, si on mesure pour un matériau inconnu une masse volumique ρ = 2 300 kg/m3, on en déduit d'après des tables de données qu'il s'agit de béton.
La masse volumique d’un corps dépend de sa composition, qu’il soit liquide, solide ou gazeux.
À volume égal, c’est donc la masse du matériau qui constitue le cube qui permet de les comparer.
À la lecture du tableau, nous voyons que la masse volumique du bois est inférieure à celle de l’eau, c’est pour cette raison qu’il flotte.
Le plomb en revanche a une masse volumique bien plus importante, c’est pourquoi il coule.
On peut donc en conclure que plus la masse volumique d’un corps est importante, plus il est lourd.
| Matériau | Exemples de Solides | Exemples de Liquides | Masse Volumique (kg/m³) |
|---|---|---|---|
| Or, Acier, Béton, Bois acajou | Lait, Eau de mer | ||
| 19 300, 7 850, 2 300, 700, 1 030, 1 000 |
Cette propriété est très importante en physique et permet de mieux comprendre le fonctionnement du monde qui nous entoure.
Cette grandeur est utilisée dans de nombreux domaines scientifiques technologiques afin de faire le choix judicieux du matériau le plus performant.
La masse volumique en vrac ou apparente
Les valeurs données dans les tableaux de cet article sont définies par cette masse volumique qui est la plus couramment utilisée pour les matériaux de manière générale.
La masse volumique absolue ou de la matière
Cette grandeur est intéressante pour les matériaux poreux.
tags: #munite #masse #volumique #définition
Chargement des visites
