La masse volumique
Quelle est la masse d’un litre d’eau ?
La masse d’un litre d’un litre d’eau se détermine en préparant un litre d’eau avec une éprouvette graduée et en mesurant sa masse avec une balance.
Un litre d’eau pèse exactement un kilogramme.
Remarque : ce résultat est valable à 20 °C mais dépend de la température. Il dépend aussi de la pression.
La masse volumique
La masse volumique d’un objet ou d’une substance est le rapport entre sa masse \(m\) et son volume \(V\). Elle se note \(\rho\) (la lettre grecque rhô) et s’exprime en kilogrammes par mètres cubes (kg/m3).
\[\rho = \frac{m}{V} \qquad \mathrm{ou} \qquad m = \rho \times V \qquad \mathrm{ou} \qquad V = \frac{m}{\rho}\]La lettre grecque rhô « \(\rho\) » ressemble à la lettre « p » un peu arrondie.
En chimie on utilise souvent une autre unité pour la masse volumique : le gramme par centimètre cube (g/cm3) ou le gramme par millilitre (g/ml). Ces deux unités sont identiques car 1 cm3 = 1 ml.
Pour réaliser des conversions, on peut se rappeler que :
\[1\ \mathrm{g/cm}^3 = 1\ \mathrm{g/ml} = 1000\ \mathrm{kg/m}^3\]La masse volumique de l’eau, notée \(\rho_{\mathrm{eau}}\), vaut 1000 kg/m3 (ou 1 g/ml).
Des substances différentes ont des masses volumiques différentes, par exemple :
- éthanol, ρ = 789 kg/m3 ;
- or, ρ = 19300 kg/m3 ;
- air, ρ = 1,2 kg/m3.
Remarque : la masse volumique dépend de la température et de la pression.
La densité
La densité d’une substance indique combien de fois cette substance est plus lourde que l’eau pour un même volume.
Elle se note \(d\) et n’a pas d’unité. On peut la calculer en faisant le rapport de la masse volumique de la substance avec celle de l’eau :
\[d = \frac{\rho}{\rho_{\mathrm{eau}}}\]Par définition, l’eau a une densité de 1.
En reprenant les exemples précédents, on trouve les densités suivantes :
- éthanol, d = 0,789 ;
- or, d = 19,3 ;
- air, d = 0,0012.
Ce qui signifie, par exemple pour l’or, que pour un même volume, l’or pèse 19,3 fois plus lourd que l’eau.
Remarque : les substances dont la densité est supérieure à celle de l’eau (donc supérieure à 1) coulent et celles dont la densité est inférieure à 1 flottent.