Physique
Masse volumique
Même taille, poids différent — la masse volumique mesure la quantité de masse contenue dans chaque centimètre cube.
Un bloc de bois et une roche de taille à peu près identique semblent très différents lorsque vous les soulevez. Les deux sont « une seule grosse masse », alors pourquoi cet écart ? Parce qu'ils contiennent des quantités de masse différentes dans chaque centimètre cube. Cette compacité s'appelle la masse volumique.
Masse volumique = masse ÷ volume
La masse volumique répond à la question : quelle quantité de masse se trouve dans chaque unité de volume.
Ici, m est la masse, V le volume, et ρ (la lettre grecque rho) la masse volumique. L'unité courante est le gramme par centimètre cube (g/cm³) : des grammes contenus dans chaque 1 cm³.
Essayez : la masse volumique d'une roche
Une roche a une masse de 500 g ; en la plongeant dans une éprouvette graduée, elle déplace 250 cm³ d'eau. Masse volumique = g/cm³. Chaque centimètre cube de cette roche pèse 2 grammes — deux fois plus lourd que le même volume d'eau.
Volume égal, comparaison équitable
« La roche est plus lourde que le bois » est une affirmation imprécise : un caillou pèse moins qu'une poutre en bois. La masse volumique reformule la question de manière équitable — ce qui pèse le plus dans le même volume. 1 cm³ d'eau pèse 1 g, 1 cm³ de roche environ 2 g, 1 cm³ de bois seulement environ 0,5 g. Avec un volume fixé, la masse volumique décide. Un ballon s'élève vers le ciel tandis qu'un clou en fer tombe — même histoire, volumes égaux.
L'eau est une règle intégrée
L'eau pure à 4 °C a une masse volumique d'exactement 1 g/cm³, ce qui en fait un étalon parfait :
- Les matériaux plus denses que 1 coulent dans l'eau : roches, fer, la plupart des métaux ;
- Les matériaux moins denses que 1 flottent : bois, glace (environ 0,9), huile de cuisson (environ 0,9).
Le miel se situe autour de 1,4 — plus épais et plus lourd que l'eau ; l'essence autour de 0,7 — plus légère que l'eau, c'est pourquoi une nappe de pétrole flotte toujours à la surface.
Essayez : le bloc flotte-t-il ?
Un bloc de bois a une masse de 60 g et un volume de 100 cm³. Masse volumique = g/cm³ — moins que celle de l'eau qui est de 1, donc il flotte. Les navires en acier restent à flot par le même procédé : leurs coques sont principalement remplies d'air, donc la masse volumique moyenne du navire est inférieure à celle de l'eau.
Convertir les unités sans panique
La masse volumique se présente dans deux systèmes d'unités, g/cm³ et kg/m³, reliés par 1 g/cm³ = 1000 kg/m³. Rien de mystérieux : 1 m³ = 100 × 100 × 100 = 1000000 cm³, et si chaque centimètre cube contient 1 g, un mètre cube contient 1000000 g — exactement 1000 kg.
La masse volumique de l'eau est donc de 1000 kg/m³ — une tonne par mètre cube. Mémorisez une fois, utilisez dans les deux systèmes. Essayez une autre : le fer est d'environ 7,9 g/cm³, ce qui se lit 7900 kg/m³ — l'astuce consiste à décaler la virgule de trois places vers la droite.
La masse volumique est l'empreinte d'un matériau
La masse volumique dépend du matériau, presque pas de la taille : une petite pépite d'or et une barre d'or partagent la même masse volumique (environ 19,3 g/cm³). Mesurez la masse volumique et vous pouvez souvent identifier la substance — la méthode classique pour distinguer l'or massif de l'or plaqué.
La masse volumique est la carte d'identité du monde matériel. C'est une proche parente de la Pression — la pression des liquides se calcule à partir de la profondeur et de la masse volumique. Pour un rappel sur les unités de masse et de volume, revisitez Unités métriques et conversion ; pour savoir comment mesurer le volume, consultez Volume.
Vérifiez vos connaissances
Quiz rapide
1. Un objet a une masse de 500 g et un volume de 250 cm³. Quelle est sa masse volumique ?
2. Un bloc de bois d'une masse volumique de 0,6 g/cm³ est placé dans l'eau. Il va…
3. 1 g/cm³ équivaut à combien de kg/m³ ?