Comment trouver la densité d'une roche

Les roches se présentent sous diverses formes, tailles et compositions. Les roches sédimentaires, ignées et métamorphiques sont liées les unes aux autres en tant qu'étapes différentes du cycle de la roche. Différencier un type de roche d'un autre dépend parfois de subtiles différences de caractéristiques. La densité, combinée à des observations et des tests supplémentaires, permet d'identifier et de différencier une roche d'une autre. Étant donné que la densité mesure le rapport de la masse au volume, le calcul de la densité nécessite une mesure précise de la masse et du volume.

Trouver la densité d'une roche nécessite de mesurer la masse de la roche en grammes et son volume en centimètres cubes. Ces valeurs rentrent dans l'équation :

où D signifie densité, m représente la masse et V représente le volume. Insérez les valeurs et résolvez la densité. En général, les mesures de volume utilisent le déplacement d'eau, tirant parti de la relation selon laquelle un millilitre d'eau occupe un centimètre cube d'espace.

Les roches vont d'une collection de cristaux d'un minéral à des mélanges de différents minéraux. Les minéraux peuvent être tous microscopiques, tous macroscopiques ou un mélange de cristaux microscopiques et macroscopiques. Les minéraux peuvent être répartis uniformément dans toute la roche ou ils peuvent être disposés en couches ou en grappes. Pour plus de précision, l'échantillon testé doit inclure tous les minéraux de la roche. De plus, l'échantillon ne doit pas avoir de surfaces altérées. Le processus d'altération modifie la minéralogie d'origine, ce qui modifie également la densité. Ainsi, pour mesurer avec précision la densité globale, l'échantillon de roche sélectionné doit représenter tous les minéraux dans le même rapport que la plus grande masse rocheuse. En général, les géologues sélectionnent un spécimen de main, un échantillon de roche de la taille d'un poing ou d'une balle de baseball. Un très petit échantillon de roche peut ne pas représenter la minéralogie de l'ensemble de la masse rocheuse, tandis qu'un très gros échantillon remet en question la capacité de mesurer avec précision la masse ou le volume ou les deux.

Les concepts de masse et de poids confondent beaucoup de gens. La masse mesure la quantité de matière dans un objet tandis que le poids mesure l'attraction de la gravité sur une masse. La confusion survient parce que sur Terre, l'attraction gravitationnelle est égale à 1, donc la masse et le poids ne diffèrent que par de minuscules quantités, influencées par l'altitude et les roches massives sous-jacentes.

Mesurer la masse avec précision nécessite une balance. Les balances électroniques, les balances à triple faisceau ou d'autres balances mesurent la masse. Les balances de base comme les balances de salle de bain ne fournissent généralement pas la précision nécessaire pour trouver la masse. Chaque balance de masse a des directions spécifiques, mais la technique générale règle la balance à zéro, place la roche sur le plateau, équilibre la balance, puis lit directement la masse de l'échantillon. Lors de la mesure de la masse, enregistrez les unités en grammes.

Le volume, tout simplement, mesure l'espace occupé par un objet. Trouver le volume de formes géométriques régulières comme des sphères, des cubes et des boîtes utilise une formule établie. Les roches ont rarement des formes géométriques, malheureusement. La recherche de volume nécessite donc une technique particulière. Archimède a découvert le déplacement d'eau, et trouver le volume en utilisant le déplacement d'eau nécessite un peu de réflexion et une touche de dextérité. N'oubliez pas non plus qu'un centimètre cube d'eau équivaut à un millilitre d'eau.

Le déplacement d'eau signifie qu'un objet placé dans l'eau déplace un volume d'eau égal au volume de l'objet. Par exemple, un objet d'un volume de 5 centimètres cubes immergé dans un récipient d'eau déplacera 5 millilitres d'eau. Si le récipient a des mesures, une lecture initiale de 10 millilitres d'eau passera à 15 millilitres après que l'objet de 5 centimètres cubes soit immergé dans l'eau.

Trouver le volume par déplacement d'eau nécessite de placer l'échantillon de roche dans un récipient avec des marques de volume mesurées, comme une tasse à mesurer. Avant d'ajouter la roche, placez suffisamment d'eau dans la tasse pour que la roche soit complètement immergée. Mesurer le volume d'eau. Ajoutez la roche en vous assurant qu'aucune bulle ne colle à la roche. Mesurez le volume d'eau obtenu. Soustrayez le volume initial d'eau uniquement du volume final d'eau et de roche pour trouver le volume de la roche. Ainsi, si le volume d'eau initial est de 30 millilitres et que le volume final d'eau plus la roche est de 45 millilitres, le volume de la roche seule est de 45-30 = 15 millilitres, soit 15 centimètres cubes. Bien sûr, les nombres dans la nature, comme la roche, ne seront probablement pas des nombres pairs.

Si la roche ne rentre pas dans une tasse à mesurer, utilisez un récipient assez grand pour immerger la roche. Placer le récipient dans un plateau. Remplissez complètement le récipient d'eau. Avec précaution, sans vagues ni éclaboussures, glissez la roche dans l'eau. Toute l'eau déversée du conteneur doit être capturée dans le bac sous-jacent. Retirez très soigneusement le récipient du plateau sans renverser accidentellement plus d'eau dans le plateau. Mesurez l'eau intentionnellement déversée dans le bac pour déterminer le volume de la roche. La quantité d'eau déplacée du récipient par la roche et capturée dans le plateau est égale au volume de la roche.

• Certaines roches sédimentaires, comme le grès, se désintègrent lorsqu'elles sont immergées dans l'eau. Une méthode acceptée pour arrêter cette dégradation de l'échantillon utilise de fines couches de cire pour protéger l'échantillon. Tremper l'échantillon plusieurs fois dans de la cire fondue, en laissant la cire refroidir légèrement entre les couches. Laissez la cire refroidir complètement, puis trouvez la masse de la roche avec le revêtement de cire. Soustraire la masse enrobée de cire de la masse de roche uniquement pour trouver la masse de la cire. Utilisez la méthode du déplacement d'eau pour trouver le volume total. Utilisez la formule de densité (la densité de la cire de paraffine varie de 0,88 à 0,92) pour trouver le volume de la cire. Soustraire le volume de cire du volume total mesuré pour trouver le volume de l'échantillon de roche.

Le calcul de la densité à partir de la masse et du volume nécessite une formule simple: la densité est égale à la masse divisée par le volume. Ainsi, si la masse rocheuse mesurée est égale à 984,2 grammes et que le volume mesuré est égal à 382,9 millilitres, la formule donne l'équation :

montrant que la densité de l'échantillon est égale à 2,57 grammes par centimètre cube.