La masse volumique

01Une grandeur qui caractérise une matière

La masse volumique d'une matière relie sa masse et son volume : elle indique la masse d'une matière pour un volume donné, par exemple pour 1 cm³ ou pour 1 m³. Elle se calcule avec la formule ρ = m / V, où m est la masse (en g ou kg) et V le volume (en cm³ ou m³). La masse volumique s'exprime généralement en gramme par centimètre cube (g/cm³) ou en kilogramme par mètre cube (kg/m³). Chaque matière possède sa propre masse volumique : celle de l'eau liquide vaut environ 1 g/cm³ (soit 1000 kg/m³), celle du fer environ 7,9 g/cm³, et celle du bois est le plus souvent inférieure à 1 g/cm³.

02Calculer une masse volumique

Pour calculer la masse volumique d'un échantillon, on mesure sa masse avec une balance et son volume avec une éprouvette graduée (par déplacement d'eau si l'objet est solide), puis on applique la formule ρ = m / V. Exemple : un échantillon de métal a une masse de 79 g pour un volume de 10 cm³ ; sa masse volumique vaut ρ = 79 / 10 = 7,9 g/cm³, ce qui correspond à la masse volumique du fer. À l'inverse, si l'on connaît la masse volumique d'une matière, on peut retrouver sa masse pour un volume donné avec m = ρ × V, ou son volume avec V = m / ρ.

03Pourquoi un objet flotte ou coule

Un objet plongé dans un liquide flotte si sa masse volumique est inférieure à celle du liquide, et coule si elle est supérieure. C'est pour cette raison qu'un glaçon (masse volumique d'environ 0,92 g/cm³) flotte sur l'eau liquide (environ 1 g/cm³), qu'un morceau de bois flotte généralement sur l'eau, alors qu'un clou en fer (environ 7,9 g/cm³) coule. Un même métal reste toujours plus dense que l'eau, même façonné en boule ou en plaque : sa masse volumique ne change pas, seule sa forme change.

04Méthode : calculer une masse volumique

1. Mesure la masse m de l'échantillon avec une balance (en g), après avoir taré l'instrument.
2. Mesure le volume V de l'échantillon avec une éprouvette graduée (en cm³ ou en mL, sachant que 1 mL = 1 cm³).
3. Calcule la masse volumique avec la formule ρ = m / V, en n'oubliant pas l'unité (g/cm³).

05Erreurs fréquentes

• ✗ Confondre masse et masse volumique : une grosse pierre et une petite bille de fer ont des masses différentes mais peuvent avoir la même masse volumique.
• ✗ Oublier l'unité (g/cm³) ou mélanger des unités de masse et de volume incompatibles dans le calcul.
• ✗ Croire qu'un objet lourd coule toujours : c'est sa masse volumique comparée à celle du liquide qui compte, pas sa masse seule.