Tableau des masses volumiques : eau, métaux, liquides, bois, gaz (g/cm³ et kg/m³)

Comment lire ce tableau

Toutes les valeurs sont des masses volumiques, notées ρ (rhô), c’est-à-dire la masse d’une unité de volume du matériau. Elles sont données dans les deux unités du collège :

• en g/cm³, l’unité pratique du laboratoire (identique au g/mL et au kg/L) ;
• en kg/m³, l’unité du Système international (identique au g/L). Pour passer de l’une à l’autre, on multiplie ou on divise par 1 000.

$$\mathrm{\rho }=\frac{m}{V}1\text{g/cm³}=\mathrm{1\; 000}\text{kg/m³}$$

Trois précautions de lecture. D’abord, la température : sauf mention, les valeurs sont à 20 °C. La masse volumique diminue quand la température monte, faiblement pour les solides et les liquides (l’eau perd 4 % entre 4 °C et 100 °C), fortement pour les gaz. Ensuite, la variabilité des matériaux naturels : « bois de chêne » ou « terre végétale » recouvrent des valeurs qui dépendent de l’humidité, de l’essence, du tassement ; la note indique alors une fourchette. Enfin, l’incertitude de vos propres mesures : au collège, avec une éprouvette et une balance au dixième de gramme, on obtient ρ à 5 % près environ. Deux matériaux dont les valeurs diffèrent de moins de 5 % ne peuvent pas être distingués par cette seule mesure.

La colonne « dans l’eau » applique le critère de flottaison : un matériau flotte sur l’eau si sa masse volumique est inférieure à 1 g/cm³, coule si elle est supérieure. Elle n’a pas de sens pour les gaz ni pour les astres, dont la masse volumique est une moyenne.

Le tableau complet, à explorer

90 matériaux : cherche, filtre, trie, identifie

93 matériaux à 20 °C (sauf mention). Cherche un nom, filtre une famille, trie, ou entre une valeur mesurée pour identifier un matériau.

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Famille

ToutesGazLiquidesMétaux et alliagesRoches, verre et matériaux de constructionBois et matériaux naturelsPlastiques et polymèresAliments et produits du quotidienPlanètes et étoiles (masse volumique moyenne)Divers

Identifier : valeur mesurée

g/cm³kg/m³

Tolérance

± 3 %± 5 %± 10 %

Trier :ρ croissanteρ décroissanteNomRéinitialiser

93 matériaux affichés

Masses volumiques de matériaux courants

Matériau	Famille	ρ (g/cm³)	ρ (kg/m³)	Dans l’eau
Hydrogène (0 °C)Le gaz le plus léger : 14 fois moins dense que l’air.	Gaz	0,0000899	0,0899	—
Hélium (0 °C)Le gaz des ballons qui montent.	Gaz	0,000179	0,179	—
Vapeur d’eau (100 °C)1 700 fois moins dense que l’eau liquide.	Gaz	0,0006	0,6	—
Méthane (0 °C)Le gaz naturel ; plus léger que l’air, il s’accumule au plafond.	Gaz	0,00072	0,72	—
Aérogel de siliceLe solide le moins dense : 99,8 % d’air.	Divers	0,001	1	flotte
Air1,2 kg/m³ à 20 °C. Une salle de classe en contient plus de 100 kg.	Gaz	0,0012	1,2	—
Azote (0 °C)78 % de l’air.	Gaz	0,00125	1,25	—
Oxygène (0 °C)21 % de l’air.	Gaz	0,00143	1,43	—
Argon (0 °C)1 % de l’air ; remplit les ampoules.	Gaz	0,00178	1,78	—
Dioxyde de carbonePlus dense que l’air : il « coule » et éteint une bougie.	Gaz	0,0018	1,8	—
Butane (15 °C)Deux fois plus dense que l’air : une fuite s’accumule au sol.	Gaz	0,0025	2,5	—
Polystyrène expansé98 % d’air emprisonné.	Plastiques et polymères	0,02	20	flotte
Neige fraîcheDe 0,05 à 0,2 selon le tassement ; la neige tassée atteint 0,5.	Divers	0,1	100	flotte
BalsaLe bois des maquettes d’avion.	Bois et matériaux naturels	0,15	150	flotte
Liège	Bois et matériaux naturels	0,24	240	flotte
Bois de sapinVarie de 0,4 à 0,55 selon l’humidité.	Bois et matériaux naturels	0,45	450	flotte
Bois de pin	Bois et matériaux naturels	0,5	500	flotte
LithiumLe métal le plus léger : il flotte sur l’huile.	Métaux et alliages	0,53	530	flotte
Saturne (moyenne)Moins dense que l’eau : la planète « flotterait ».	Planètes et étoiles (masse volumique moyenne)	0,69	690	—
Bois de chêneDe 0,6 à 0,9 selon l’essence et l’humidité.	Bois et matériaux naturels	0,7	700	flotte
Bois de hêtre	Bois et matériaux naturels	0,72	720	flotte
EssenceFlotte sur l’eau : on n’éteint pas un feu d’essence à l’eau.	Liquides	0,75	750	flotte
Éthanol (alcool)	Liquides	0,789	789	flotte
AcétoneLe dissolvant pour vernis.	Liquides	0,79	790	flotte
PapierUne feuille flotte, puis coule quand elle s’imbibe.	Divers	0,8	800	flotte
Gazole	Liquides	0,84	840	flotte
PotassiumFlotte sur l’eau… et réagit violemment avec elle.	Métaux et alliages	0,86	860	flotte
Cire de bougie (paraffine)	Divers	0,9	900	flotte
Huile d’olive	Liquides	0,91	910	flotte
Beurre	Aliments et produits du quotidien	0,91	910	flotte
Glace (0 °C)Moins dense que l’eau liquide : elle flotte.	Divers	0,917	917	flotte
Huile de tournesolFlotte sur l’eau : c’est la vinaigrette.	Liquides	0,92	920	flotte
Polyéthylène (bouteilles, sacs)Flotte : c’est ainsi qu’on trie les plastiques.	Plastiques et polymères	0,95	950	flotte
SodiumUn métal qui flotte sur l’eau.	Métaux et alliages	0,97	970	flotte
Eau pure0,99997 g/cm³ à 4 °C, 0,998 à 20 °C. La référence.	Liquides	1	1 000	référence
Corps humain0,98 poumons pleins (on flotte), 1,05 poumons vides (on coule).	Divers	1	1 000	référence
Vinaigre	Liquides	1,01	1 010	coule
Eau de merLe sel dissous augmente la masse volumique.	Liquides	1,025	1 025	coule
Lait	Aliments et produits du quotidien	1,03	1 030	coule
Jus d’orangeLe sucre dissous le rend plus dense que l’eau.	Aliments et produits du quotidien	1,04	1 040	coule
Caoutchouc	Plastiques et polymères	1,1	1 100	coule
Plâtre	Roches, verre et matériaux de construction	1,1	1 100	coule
Nylon	Plastiques et polymères	1,15	1 150	coule
Plexiglas (PMMA)	Plastiques et polymères	1,18	1 180	coule
Eau salée saturée360 g de sel par litre : un œuf y flotte.	Liquides	1,2	1 200	coule
ÉbèneUn des rares bois qui coulent.	Bois et matériaux naturels	1,2	1 200	coule
Glycérine	Liquides	1,26	1 260	coule
Terre végétaleDe 1,1 à 1,5 selon l’humidité et le tassement.	Divers	1,3	1 300	coule
Sirop de sucreLa base d’une « tour de densité ».	Aliments et produits du quotidien	1,33	1 330	coule
PET (bouteilles d’eau)Coule : se sépare du polyéthylène dans un bain d’eau.	Plastiques et polymères	1,38	1 380	coule
PVC	Plastiques et polymères	1,4	1 400	coule
Soleil (moyenne)Un gaz si comprimé qu’il est plus dense que l’eau.	Planètes et étoiles (masse volumique moyenne)	1,41	1 410	—
MielVariable selon la teneur en eau.	Aliments et produits du quotidien	1,42	1 420	coule
Sucre (cristaux)	Aliments et produits du quotidien	1,59	1 590	coule
Sable secGrains de quartz (2,65) et air ; 1,9 une fois mouillé.	Roches, verre et matériaux de construction	1,6	1 600	coule
MagnésiumLe métal des jantes et des ordinateurs légers.	Métaux et alliages	1,74	1 740	coule
Gravier	Roches, verre et matériaux de construction	1,8	1 800	coule
Brique	Roches, verre et matériaux de construction	1,8	1 800	coule
Acide sulfurique concentréL’acide des batteries de voiture (dilué).	Liquides	1,84	1 840	coule
OsOs compact ; le corps humain entier vaut environ 1,0.	Divers	1,9	1 900	coule
Craie	Roches, verre et matériaux de construction	2	2 000	coule
Sel de table (halite)	Aliments et produits du quotidien	2,17	2 170	coule
Béton	Roches, verre et matériaux de construction	2,4	2 400	coule
Calcaire	Roches, verre et matériaux de construction	2,5	2 500	coule
Verre	Roches, verre et matériaux de construction	2,5	2 500	coule
Quartz	Roches, verre et matériaux de construction	2,65	2 650	coule
Granite	Roches, verre et matériaux de construction	2,7	2 700	coule
Marbre	Roches, verre et matériaux de construction	2,7	2 700	coule
AluminiumLe métal léger des canettes et des avions.	Métaux et alliages	2,7	2 700	coule
BasalteLa roche volcanique des fonds océaniques.	Roches, verre et matériaux de construction	3	3 000	coule
BromeLe seul non-métal liquide à température ambiante.	Liquides	3,1	3 100	coule
Lune (moyenne)	Planètes et étoiles (masse volumique moyenne)	3,34	3 340	—
DiamantDu carbone pur, comme le graphite (2,2).	Roches, verre et matériaux de construction	3,51	3 510	coule
TitaneLéger et très résistant : prothèses, aéronautique.	Métaux et alliages	4,51	4 510	coule
Terre (moyenne)Plus que les roches de surface (2,7) : le noyau de fer pèse lourd.	Planètes et étoiles (masse volumique moyenne)	5,51	5 510	—
ZincLes toits de Paris.	Métaux et alliages	7,13	7 130	coule
Chrome	Métaux et alliages	7,19	7 190	coule
Étain	Métaux et alliages	7,29	7 290	coule
AcierCoule… sauf s’il a la forme d’une coque de bateau.	Métaux et alliages	7,85	7 850	coule
Fer	Métaux et alliages	7,87	7 870	coule
LaitonAlliage cuivre + zinc : clés, robinets, instruments.	Métaux et alliages	8,5	8 500	coule
BronzeAlliage cuivre + étain : cloches, statues.	Métaux et alliages	8,8	8 800	coule
Nickel	Métaux et alliages	8,9	8 900	coule
Cobalt	Métaux et alliages	8,9	8 900	coule
CuivreLes fils électriques.	Métaux et alliages	8,96	8 960	coule
Argent	Métaux et alliages	10,49	10 490	coule
PlombLes plombs de pêche, les anciennes canalisations.	Métaux et alliages	11,34	11 340	coule
MercureUn métal liquide : une pièce d’acier flotte dessus.	Métaux et alliages	13,55	13 550	coule
Uranium	Métaux et alliages	19,05	19 050	coule
TungstènePresque aussi dense que l’or : filaments d’ampoules, fléchettes.	Métaux et alliages	19,25	19 250	coule
OrPresque 20 fois plus dense que l’eau.	Métaux et alliages	19,3	19 300	coule
Platine	Métaux et alliages	21,45	21 450	coule
OsmiumL’élément le plus dense de la classification.	Métaux et alliages	22,59	22 590	coule

L’eau : la référence, et son exception

L’eau sert de référence à toute la physique des masses volumiques, et pas par hasard : le kilogramme a été défini en 1795 comme la masse d’un décimètre cube d’eau. Un litre d’eau pèse donc un kilogramme, et la densité d’un corps est simplement le rapport de sa masse volumique à celle de l’eau.

Mais « 1 000 kg/m³ » est une valeur arrondie. La masse volumique de l’eau varie avec la température, et de façon inhabituelle : elle passe par un maximum à 4 °C.

Cette anomalie a des conséquences énormes. En hiver, l’eau d’un lac qui se refroidit plonge tant qu’elle est au-dessus de 4 °C ; en dessous, elle devient plus légère et reste en surface, où elle gèle. La glace flotte, isole, et le fond reste à 4 °C : les poissons passent l’hiver. Si l’eau se comportait comme les autres liquides, les lacs gèleraient par le fond et la vie aquatique des régions froides n’existerait pas.

L’eau salée n’a pas cette particularité au même endroit : le sel dissous abaisse la température du maximum, et pour l’eau de mer (35 g de sel par litre) il disparaît sous le point de congélation. L’eau de mer vaut 1 025 kg/m³ en surface, et jusqu’à 1 050 kg/m³ dans les fosses profondes, comprimée par la pression.

Les métaux : pourquoi sont-ils si denses ?

Les métaux occupent le haut du tableau, de l’aluminium (2,7) à l’osmium (22,6). Deux raisons se combinent. Leurs atomes sont lourds : un atome de fer pèse 56 fois plus qu’un atome d’hydrogène, un atome d’or 197 fois. Et ces atomes sont empilés de façon compacte, comme des oranges sur un étal, avec très peu de vide entre eux, alors que les molécules d’un liquide ou d’un plastique laissent beaucoup d’espace.

Le tableau permet de trancher une idée fausse : le plomb n’est pas le métal le plus lourd. Avec 11,3 g/cm³, il est loin derrière l’or (19,3), qui est lui-même dépassé par le platine (21,45) et l’osmium (22,59). Une bague en or est presque deux fois plus dense qu’un plomb de pêche du même volume. C’est aussi ce qui permet de démasquer un faux lingot : un lingot d’or plaqué sur du tungstène (19,25) est presque indétectable par la masse volumique seule (0,3 % d’écart), et c’est précisément pour cela que les faussaires utilisent le tungstène.

Les alliages ont une masse volumique intermédiaire entre celles de leurs composants, proportionnelle à leur composition. Le laiton (cuivre 8,96 + zinc 7,13) vaut 8,5 ; l’acier (fer 7,87 + un peu de carbone) vaut 7,85 ; l’or 18 carats (75 % d’or, 25 % de cuivre et d’argent) vaut environ 15,5 au lieu de 19,3. Mesurer la masse volumique d’un bijou renseigne donc sur sa pureté.

Les liquides usuels et la tour de densité

Les liquides du quotidien se rangent entre 0,7 (essence) et 1,4 (miel), avec l’eau au milieu. Deux liquides non miscibles (qui ne se mélangent pas) se superposent toujours dans l’ordre de leur masse volumique, le plus dense en bas. C’est le principe de la « tour de densité », une expérience classique de cinquième.

Attention, la tour ne fonctionne qu’avec des liquides qui ne se mélangent pas. L’alcool et l’eau, miscibles, finissent par former un seul liquide de masse volumique intermédiaire ; il faut verser doucement, le long d’une baguette, pour les maintenir séparés quelques heures. Le sirop de sucre et l’eau se mélangent aussi, lentement. Un objet plongé dans la tour s’arrête à la frontière entre un liquide moins dense que lui (au-dessus) et un liquide plus dense (au-dessous) : le raisin, à 1,05, coule dans l’eau mais flotte sur la glycérine.

Bois, plastiques et matériaux de construction

Les bois vont du balsa (0,15) à l’ébène (1,2), avec la majorité des essences européennes entre 0,45 et 0,75. Cette dispersion vient de la structure du bois, un empilement de cellules creuses : plus les parois sont épaisses, plus le bois est dense et dur. Un bois sec pèse aussi moins qu’un bois fraîchement coupé, gorgé d’eau. L’ébène et quelques bois tropicaux dépassent 1 : ce sont les seuls bois qui coulent.

Les plastiques s’étalent de 0,9 (polypropylène des bouchons) à 1,4 (PVC des tuyaux). Ce petit écart est exploité industriellement : dans les centres de tri, les plastiques broyés sont plongés dans un bain d’eau. Le polyéthylène et le polypropylène des bouchons et des sacs (0,90 à 0,95) flottent ; le PET des bouteilles (1,38) et le PVC coulent. Un bain d’eau suffit à séparer deux plastiques qui se ressemblent à l’œil nu.

Les matériaux de construction se tiennent entre 1,1 (plâtre) et 2,7 (granite, marbre), le béton à 2,4. Le béton cellulaire, plein de bulles, descend à 0,5 et flotte. Ces valeurs comptent pour les architectes : un mètre cube de béton pèse 2,4 tonnes, et une dalle de 10 cm d’épaisseur sur 100 m² représente 24 tonnes à porter.

Les gaz : mille fois moins denses

Les gaz sont environ mille fois moins denses que les liquides : leurs molécules sont les mêmes, mais séparées par de grandes distances de vide. L’air vaut 1,2 kg/m³, soit 1,2 g par litre ; une salle de classe de 150 m³ contient 180 kg d’air, la masse de deux adultes. La masse volumique d’un gaz dépend de sa masse molaire (l’hydrogène, gaz le plus léger, est 14 fois moins dense que l’air ; le butane, deux fois plus dense) et beaucoup de la pression et de la température, puisque les gaz se compriment et se dilatent facilement.

Ces différences ont des conséquences pratiques. L’hélium et l’hydrogène, plus légers que l’air, font monter les ballons et les dirigeables. Le dioxyde de carbone, plus dense, s’accumule au sol : c’est lui qui étouffe une bougie au fond d’un verre, et il rend dangereuses les caves où fermente le raisin. Le butane des bouteilles de camping, plus dense encore, forme en cas de fuite une nappe invisible au ras du sol ; c’est pourquoi les bouteilles ne se stockent jamais en sous-sol.

Les records, des laboratoires aux étoiles

• Le solide le moins dense : l’aérogel de silice, 1 kg/m³ au minimum, à peine plus que l’air, fait de 99,8 % de vide. Un bloc de la taille d’une brique pèse quelques grammes et isole mieux que la laine de verre.
• L’élément le plus dense : l’osmium, 22 590 kg/m³. Un litre d’osmium pèse 22,6 kg, le poids d’un enfant de sept ans.
• La planète la moins dense : Saturne, 690 kg/m³ en moyenne. Si l’on trouvait une baignoire assez grande, Saturne flotterait.
• La Terre, 5 510 kg/m³ en moyenne, est deux fois plus dense que ses roches de surface : son noyau de fer et de nickel, à 12 000 kg/m³, pèse lourd dans la moyenne.
• Une étoile à neutrons atteint 10¹⁷ kg/m³ : une cuillère à café de sa matière pèserait un milliard de tonnes. Ce n’est plus de la matière ordinaire : les atomes y sont écrasés en neutrons serrés les uns contre les autres.

Identifier un matériau : la méthode et ses limites

Exemple 1 — Un métal gris, coule, non aimanté

Énoncé. Un cube métallique gris de 2,0 cm d’arête pèse 21,6 g. Il n’est pas attiré par un aimant. Quel est ce métal ?

Résolution.

1. V = 2,0³ = 8,0 cm³ ; ρ = 21,6 / 8,0 = 2,7 g/cm³.
2. Dans le tableau, avec une tolérance de 5 % (2,57 à 2,84) : aluminium (2,70), granite et marbre (2,7), quartz (2,65).
3. C’est un métal : on écarte les roches. Aluminium. L’absence d’attraction par l’aimant est cohérente (seuls le fer, le nickel et le cobalt sont attirés).

Exemple 2 — Deux candidats indiscernables

Énoncé. Une clé pèse 26,9 g et a un volume de 3,0 mL. De quel métal est-elle faite ?

Résolution.

1. ρ = 26,9 / 3,0 = 9,0 g/cm³.
2. À 5 % près (8,5 à 9,4) : laiton (8,5), bronze (8,8), nickel (8,9), cobalt (8,9), cuivre (8,96).
3. La masse volumique seule ne suffit pas. La clé est jaune et non attirée par un aimant : on élimine le nickel et le cobalt (attirés) ; sa couleur jaune pâle désigne le laiton, l’alliage habituel des clés. Le volume de 3,0 mL, lu à 0,5 mL près sur une éprouvette de 50 mL, laisse d’ailleurs une incertitude de 17 % sur ρ : il faudrait une éprouvette plus fine pour départager laiton et cuivre.

Exemple 3 — Un liquide inconnu

Énoncé. Dans un flacon sans étiquette, un liquide incolore : 40 mL pèsent 31,6 g. Il flotte sur l’eau et sent fort. Qu’est-ce que c’est ?

Résolution.

1. ρ = 31,6 / 40 = 0,79 g/cm³.
2. Candidats à 5 % près : acétone (0,79), éthanol (0,789), essence (0,75, limite), gazole (0,84, limite).
3. Incolore et à odeur forte : acétone ou éthanol, que la masse volumique ne distingue pas. Il faut un autre test : l’acétone dissout le vernis et le polystyrène, pas l’éthanol. Sans étiquette, on ne manipule pas : on demande au professeur.

Les erreurs à éviter

• Confondre la masse volumique et la masse. Un camion de plumes est plus lourd qu’un dé en plomb ; le plomb est pourtant cent fois plus dense.
• Oublier la température. 0,998 et 1,000 g/cm³ pour l’eau sont tous deux corrects, à 20 °C et à 4 °C. Pour une mesure de collège, la différence est négligeable.
• Croire que le plomb est le métal le plus dense. L’or, le platine, le tungstène et l’osmium le dépassent largement.
• Conclure sur un seul candidat. Aluminium et granite, fer et acier, cuivre et laiton, acétone et éthanol : la masse volumique ne les sépare pas. Toujours lister tous les candidats.
• Utiliser la masse volumique d’un gaz sans préciser la pression. L’air comprimé d’une bouteille de plongée est 200 fois plus dense que l’air libre.
• Lire « flotte » pour un matériau poreux gorgé d’eau. Le bois flotte sec ; imbibé, sa masse volumique dépasse 1 et il finit par couler, comme les épaves.

Exercices corrigés

Exercice 1

Lire le tableau

5e●○○

À l’aide du tableau, répondre :

1. Quels métaux du tableau flottent sur l’eau ?
2. Quel est le liquide le plus dense du tableau ?
3. Le béton flotte-t-il ? Et le béton cellulaire (0,5 g/cm³) ?
4. Classer du moins dense au plus dense : cuivre, aluminium, or, fer.

Voir la correction

1. Lithium (0,53), potassium (0,86), sodium (0,97) : les métaux alcalins.
2. Le mercure, 13,55 g/cm³, devant le brome (3,1).
3. Le béton (2,4) coule ; le béton cellulaire (0,5) flotte.
4. Aluminium (2,7) < fer (7,87) < cuivre (8,96) < or (19,3).

Exercice 2

Convertir les valeurs du tableau

5e●○○

Exprimer :

1. la masse volumique du cuivre en kg/m³ ;
2. celle de l’air en g/cm³ puis en g/L ;
3. celle de l’huile de tournesol en kg/L ;
4. celle du granite en g/mL.

Voir la correction

1. 8,96 × 1 000 = 8 960 kg/m³.
2. 1,2 kg/m³ = 0,0012 g/cm³ = 1,2 g/L.
3. 0,92 g/cm³ = 0,92 kg/L (mêmes unités).
4. 2,7 g/cm³ = 2,7 g/mL (1 mL = 1 cm³).

Exercice 3

Masse d’un objet à partir du tableau

5e●●○

1. Quelle est la masse d’un pavé de granite de 20 cm × 10 cm × 5 cm ?
2. Quelle est la masse de l’air contenu dans une chambre de 4 m × 3 m × 2,5 m ?
3. Quel volume occupe 1 kg de liège ? de plomb ?

Voir la correction

1. V = 20 × 10 × 5 = 1 000 cm³ ; m = 2,7 × 1 000 = 2 700 g = 2,7 kg.
2. V = 4 × 3 × 2,5 = 30 m³ ; m = 1,2 × 30 = 36 kg.
3. Liège : V = 1 000 / 0,24 ≈ 4 200 cm³ = 4,2 L. Plomb : V = 1 000 / 11,34 ≈ 88 cm³, un cube de moins de 4,5 cm d’arête.

Exercice 4

La tour de densité

5e●●○

On verse dans un verre, doucement, du miel, de l’huile et de l’eau colorée.

1. Dans quel ordre se rangent-ils de bas en haut ?
2. On lâche un bouchon de liège, un raisin (1,05) et une bille de verre (2,5). Où s’arrête chacun ?
3. Pourquoi faut-il verser l’eau et le miel doucement, et pourquoi l’ordre de versement de l’huile n’a-t-il pas d’importance ?

Voir la correction

1. Du plus dense au moins dense : miel (1,42), eau (1,00), huile (0,92).
2. Le liège (0,24) flotte sur l’huile, tout en haut. Le raisin (1,05) coule dans l’huile et dans l’eau mais flotte sur le miel : il s’arrête entre l’eau et le miel. La bille (2,5) coule jusqu’au fond.
3. L’eau et le miel sont miscibles : versés brutalement, ils se mélangent. L’huile n’est miscible ni avec l’eau ni avec le miel : quel que soit l’ordre, elle finit par se placer au-dessus de l’eau.

Exercice 5

Vrai ou faux lingot ?

4e●●●

Un « lingot d’or » de 1 kg vendu sur internet mesure 8,0 cm × 4,0 cm × 1,6 cm.

1. Calculer son volume et sa masse volumique.
2. Est-il en or pur ? Quel métal du tableau correspond ?
3. Un autre lingot a une masse volumique de 19,2 g/cm³. Peut-on affirmer qu’il est en or ? Quelle vérification supplémentaire proposer ?

Voir la correction

1. V = 8,0 × 4,0 × 1,6 = 51,2 cm³ ; ρ = 1 000 / 51,2 ≈ 19,5 g/cm³.
2. À 5 % près (18,5 à 20,5) : or (19,3), tungstène (19,25), uranium (19,05). La valeur est compatible avec l’or, mais aussi avec le tungstène, presque identique. La masse volumique seule ne prouve rien.
3. Non. L’écart or / tungstène (0,3 %) est bien plus petit que l’incertitude de la mesure. Vérifications possibles : la conductivité électrique (l’or conduit trois fois mieux), la dureté (l’or se raye à l’ongle, le tungstène est très dur), ou une analyse par fluorescence X chez un expert.

Exercice 6

L’eau et la température

4e●●●

D’après le tableau de la masse volumique de l’eau :

1. Quelle masse d’eau contient une bouteille de 1,5 L remplie à 20 °C ? à 4 °C ?
2. On fait chauffer 1,000 kg d’eau de 20 °C à 80 °C. Quel volume occupe-t-elle avant et après ? De combien a-t-il augmenté, en pourcentage ?
3. Expliquer pourquoi, dans un radiateur à eau, l’eau chaude est injectée par le haut et l’eau refroidie récupérée par le bas.

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1. À 20 °C : 1,5 × 0,99821 = 1,497 kg. À 4 °C : 1,5 × 0,99997 = 1,500 kg. La différence, 3 g, est indétectable sur une balance de cuisine.
2. À 20 °C : V = 1 000 / 0,99821 = 1 001,8 cm³. À 80 °C : V = 1 000 / 0,97179 = 1 029,0 cm³. Augmentation : 27,2 cm³, soit +2,7 %. C’est cette dilatation qui impose un vase d’expansion sur les circuits de chauffage.
3. L’eau chaude est moins dense (972 kg/m³ à 80 °C contre 998 à 20 °C) : elle a tendance à monter, l’eau froide à descendre. Injecter le chaud en haut et récupérer le froid en bas suit ce mouvement naturel et évite que l’eau chaude se mélange immédiatement à l’eau froide.

Quiz : connais-tu les masses volumiques ?

1. La masse volumique de l’eau est proche de…

   100 kg/m³1 000 kg/m³10 000 kg/m³1 kg/m³
2. Le métal le plus dense du tableau est…

   le plombl’orle mercurel’osmium
3. Lequel flotte sur l’eau ?

   le PET des bouteilles (1,38)l’ébène (1,2)le polyéthylène des sacs (0,95)le verre (2,5)
4. La masse volumique de l’air est d’environ…

   1,2 g/cm³1,2 kg/m³12 kg/m³0,12 kg/m³
5. À quelle température la masse volumique de l’eau liquide est-elle maximale ?

   0 °C4 °C20 °C100 °C
6. Un objet a une masse volumique de 2,7 g/cm³. On peut affirmer que…

   c’est de l’aluminiumc’est du granitec’est de l’aluminium ou une roche comme le granite, il faut un autre testc’est un alliage
7. Dans une tour de densité, le liquide le plus dense se place…

   en hautau milieuen bascela dépend de l’ordre de versement
8. Quelle planète a une masse volumique moyenne inférieure à celle de l’eau ?

   la TerreMarsSaturnela Lune

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