La densité (D) est une quantité définie comme la masse (m) par unité de volume (v): D = m v. Puisque ces trois quantités sont liées, vous pouvez en trouver une si vous connaissez les deux autres. C'est plus utile qu'il n'y paraît car la densité est souvent une quantité connue que vous pouvez rechercher, en supposant que vous connaissiez la composition du matériau.
Les calculs sont simples pour les objets solides, mais les choses se compliquent pour les liquides, où la densité change avec la température, et pour les gaz, pour lesquels la densité dépend de la température et pression.
Utiliser des unités cohérentes
L'équation reliant la densité, la masse et le volume est simple et vous permet de calculer la densité d'un matériau si vous mesurez sa masse et son volume. Le seul inconvénient est que vous devez effectuer les mesures dans le même système.
Par exemple, si vous mesurez la masse en kilogrammes, vous devez mesurer le volume en mètres cubes, et si vous mesurez le volume en quarts, vous devez mesurer la masse en livres. Les trois systèmes que vous êtes susceptible d'utiliser sont CGS (centimètres, grammes, secondes), MKS (mètres, kilogrammes, secondes) et British Imperial. Les unités les plus utilisées pour les densités dans ces trois systèmes sont :
- CGS: grammes/centimètre cube ou grammes/millilitre
- MKS: kilogrammes/mètre cube
- Britannique: livres/pied cube
Utilisation du calculateur de densité, masse et volume
Exemple: Supposons que vous ayez un bécher rempli d'une mystérieuse solution aqueuse. Calculer sa densité et la comparer à celle de l'eau pure peut aider à déterminer sa composition.
Vous calculez le volume de la solution en mesurant les dimensions du bécher et le niveau du liquide et trouvez qu'il est de 355 ml. Comme un millilitre est un centimètre cube, vous devriez trouver la masse en grammes. Vous trouvez que c'est 372 g.
La densité est alors de 372 g ÷ 355 ml = 1,05 g/ml. C'est juste un peu plus dense que l'eau pure (1 g/ml), donc tout ce qui est dissous dans l'eau est à une faible concentration.
Exemple: Vous trouvez un gros rocher de forme grossièrement sphérique et vous voulez connaître sa composition. Trouver sa densité peut vous aider à le déterminer.
Calculez le volume de la roche en mesurant son diamètre et en divisant par 2 pour trouver son rayon (r).
Le volume d'une sphère est de 4/3πr3, donc si la roche a un rayon de 10 pouces, son volume est de 418,67 pouces cubes.
Convertissez en pieds cubes en multipliant par 0,00057. Le résultat est de 0,239 pied cube.
Si la roche pèse 40 livres, sa densité est de 40 lb/0,239 pi3 = 167. 36 lb/pi3. C'est très proche de la densité du granit, il y a donc de fortes chances que la roche soit du granit solide.
Utilisation des tables de densité
Si vous avez un objet fait d'un matériau connu, vous pouvez rechercher sa densité dans un tableau. Cette information permet de calculer son volume en le pesant. Si vous connaissez déjà son volume, vous pouvez calculer sa masse. L'utilisation du calculateur de densité, de masse et de volume nécessite simplement de réorganiser l'équation de densité pour exprimer le paramètre souhaité en fonction des deux autres.
Exemple: Supposons que vous ayez une statue en or et que vous vouliez trouver son volume.
D = m v, donc v = m D
Vous trouvez que la statue pèse 2 kg. Dans un tableau, vous trouverez la densité de l'or à environ 19 300 kg/m3.
En branchant les chiffres, vous trouvez que le volume est de 2 kg ÷ 19 300 kg/m3 = 0,0001 m3 soit environ un dixième de litre.
Exemple: Combien pèse un millilitre de mercure ?
D = m v, donc m = Dv
La densité du mercure est de 13,6 g/ml, donc un volume de 1 ml a une masse de 13,6 grammes.