La masse volumique d'une matière est la masse par unité de volume.

M étant la masse de l'objet en kg et V son volume en m³. On trouve alors la masse volumique en kg.m^-3.

Pour la comparaison des masses volumiques des solides et des liquides entre elles on a choisi un corps de référence : l'eau.

Le rapport entre la masse volumique r d'une matière solide ou liquide et celle r_e de l'eau s'appelle sa densité.

La densité étant égal au rapport entre deux mêmes grandeurs est un nombre sans unité.

La densité des gaz est le rapport entre leur masse volumique et celle d'un gaz de référence, l'air, pris dans les mêmes conditions de température et de pression.

A cause du phénomène de dilatation (augmentation du volume sous l'action de la température) la masse volumique dépend de la température.

Pour la densité des solides et des liquides, on prend comme référence de l'eau à 4°C, température pour laquelle la masse volumique de l'eau est maximale (999,973 kg.m^-3). La masse volumique variant avec la température, la densité aussi.

Pour l'air, pris dans les conditions normales de température et de pression ( t = 0°C et p = 1,014.10⁵ Pa), on a 1,2927 kg.m^-3, c'est-à-dire à peu près 1,3 kg.m^-3, ou encore 1,3 g.l^-1.

Pour des mesures précises on utilise la méthode du flacon ou pycnomètre.

A : Cas des solides

 

La première pesée nous donne : m₁ = 52, 3 g,

 

 

la seconde : m₂ = 175,8 g,

la troisième : m₃ = 65,8 g.

 

La masse m du solide est :

m = m₂ - m₁

La masse m’ de l’eau éliminée est :

m’ = m₃ - m₁

En connaissant la masse volumique r e de l'eau à la température de l'expérience on peut trouver le volume de l'eau éliminée, c’est-à-dire le volume V du solide.

La masse volumique du solide est donc :

B : Cas des liquides :

On pèse le flacon vide. On obtient la masse 
m₁ = 50,00 g

 

On remplit le flacon jusqu'au repère r avec le liquide et on rétablit l'équilibre avec la masse m₂ = 25,23 g

 

Après avoir lavé le flacon, on le remplit d'eau et on obtient la masse m₃ = 29,99 g.

En utilisant la masse volumique de l'eau, on obtient le volume V de l'eau, c’est-à-dire du liquide :

La masse volumique du liquide est donc :

I : La masse volumique du mercure est de 13,6 g.cm^-3. Exprimez la dans le système international d'unités.

Trouvez la masse de 78,0 cm³ de mercure.

II : La masse volumique du fer est de 7800 kg.m^-3.  
Trouvez le volume d'un morceau pesant 120 g.

III : Trouvez la masse volumique de l'aluminium sachant qu'un morceau de ce métal, pesant 86 g, occupe un volume de 32 cm³.

IV : On mesure la masse de plusieurs volumes différents d'un même liquide. On trouve :

Quelle est la masse volumique du liquide?

V : Un cylindre d'acier a un diamètre de 3,24 cm et une hauteur de 2,87 cm. Il a une masse de 185 g. Quelle est la masse volumique de cet acier?

VI : Une sphère a un diamètre de 13,2 cm. Elle pèse 6,21 kg. Quelle est sa masse volumique ?

VII : On se propose de déterminer la masse volumique d'un cylindre en acier en employant deux méthodes différentes.

a) Méthode directe:

On mesure le diamètre d et la hauteur h du cylindre à l'aide d'un pied à coulisse au 1/10 de mm. 
On trouve h = 39,0 mm et d = 21,0 mm.

La masse du cylindre est de m = 106,2 ± 0,1 g.

Déterminer la masse volumique et l'incertitude relative de la mesure.

b) Méthode du pycnomètre.

1) Calculer la densité de l'acier et l'incertitude relative de la mesure.

2) Sachant qu'à la température de l'expérience l'eau a une masse volumique r_e = 1,000 ± 0,001 g.cm^-3, calculer la masse volumique de l'acier et son incertitude relative.

c) Comparer les deux méthodes. Conclusion.

Correction des exercices.

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