L'un des termes de base utilisés dans de nombreuses sciences naturelles est la densité, une propriété physique définie comme la masse d'un objet divisée par son volume. Cela signifie que pour mesurer la densité, vous devez généralement mesurer séparément la masse et le volume d'un objet, puis calculer sa densité en divisant la masse par le volume. Pour mesurer la masse et le volume, vous devez utiliser plusieurs outils de laboratoire de base.
Escalader
La masse est l'une des mesures les plus faciles à obtenir. Utilisez une balance ou une balance électronique pour déterminer le poids ou la masse de l'objet. Cette mesure est généralement représentée en onces ou en grammes pour les systèmes anglais et métrique respectivement. Lors de la mesure de la masse d'un liquide, pesez d'abord le récipient puis tarez la balance avant d'ajouter le liquide.
Cylindre Gradué
La façon la plus précise de déterminer le volume d'un objet, en particulier dans le cas d'un objet de forme irrégulière, est de l'immerger dans l'eau et de mesurer la quantité d'eau qu'il déplace. Un cylindre gradué suffisamment grand pour contenir à la fois l'objet et suffisamment d'eau pour l'immerger complètement est le meilleur outil pour ce travail. Un cylindre gradué peut également vous indiquer le volume d'un liquide simplement en le versant dans un cylindre vide. N'utilisez pas de bécher pour déterminer le volume, car l'échelle imprimée sur le côté d'un bécher peut être moins précise que celle d'un cylindre gradué, qui est spécialement conçu pour mesurer.
Calcul de la densité
Une fois que vous avez mesuré la masse et le volume d'un objet, vous trouvez la densité avec un simple calcul. Divisez la masse par le volume pour obtenir la densité. Par exemple, vous mesurez une quantité d'eau pure dans une éprouvette graduée et constatez qu'elle atteint 11,5 ml. Vous placez un plat de pesée en plastique sur une balance et constatez que sa masse est de 3,2 grammes. Lorsque vous ajoutez l'eau, le total s'élève à 14,7 grammes. Soustraire la masse du plat du total pour obtenir la masse de l'eau seule :
14,7 - 3,2 = 11,5 \text{ grammes}
Divisez 11,5 grammes par 11,5 ml pour obtenir la densité, 1,0 gramme par ml.
Hydromètre
La densité est difficile à mesurer directement et avec précision, car elle dépend de deux propriétés distinctes, la masse et le volume. Cependant, la densité entre en jeu avec les fluides et la flottaison, car un objet plus dense coulera toujours dans un fluide moins dense et flottera sur un fluide de plus grande densité. Un hydromètre est un appareil spécial utilisé pour déterminer la densité des liquides. Plutôt que de mesurer le volume dans une éprouvette graduée et de devoir ensuite peser le liquide pour déterminer sa masse (et, de bien sûr, en soustrayant le poids de son récipient), un hydromètre flottera à un niveau différent dans un liquide en fonction de son densité. Différents hydromètres utilisent différentes échelles pour mesurer la densité, alors suivez toutes les instructions et mesurez soigneusement.
La valeur de la densité
Maintenant que vous avez déterminé la densité, que pouvez-vous en faire? C'est une propriété intrinsèque d'une substance, ce qui signifie que toute quantité de plomb pur a la même densité, que vous ayez une tonne ou quelques particules; il en va de même pour toute substance pure. De nombreuses substances ont une valeur de densité bien connue et publiée qui peut servir d'« empreinte digitale », vous permettant d'identifier une substance inconnue en trouvant sa densité. Il vous dira également si un objet est constitué d'une substance pure ou s'il s'agit d'un mélange. Une histoire célèbre crédite le philosophe grec Archimède, qui a découvert que la couronne d'un roi n'était pas de l'or pur; il calcula la densité de la couronne et trouva qu'elle était inférieure à celle de l'or.