Comment calculer la densité par déplacement d'eau

Archimède est à l'origine de la méthode de recherche de la densité en utilisant le déplacement de l'eau. Une histoire de sa découverte implique la couronne d'or du roi, un bijoutier peut-être larcin et une baignoire. Vrai ou non, l'histoire survit dans une version ou une autre en raison de l'importance de la découverte d'Archimède plutôt que de savoir si le bijoutier a vraiment essayé de tromper le roi.

TL; DR (trop long; n'a pas lu)

Le calcul de la densité utilise la formule D = m v, où D signifie densité, m signifie masse et v signifie volume. Trouvez la masse à l'aide d'une balance et utilisez le déplacement de l'eau pour trouver le volume d'objets irréguliers. Le déplacement d'eau fonctionne parce que la quantité d'eau déplacée par un objet immergé dans l'eau est égale au volume de l'objet. Si un objet immergé dans un cylindre gradué élève le niveau d'eau de 40 millilitres à 90 millilitres, le changement de volume de 50 millilitres équivaut au volume de l'objet en centimètres cubes.

Toute matière a une masse et prend de la place. La densité, une valeur calculée, mesure la quantité de matière dans un espace. Pour calculer la densité d'un matériau, trouvez la masse et le volume de l'objet. Calculez la densité de l'objet en utilisant la formule densité égale masse divisée par volume :

Trouver la masse nécessite l'utilisation d'une balance. La plupart des balances de masse équilibrent l'objet inconnu par rapport à une masse connue. Les exemples incluent les balances à triple faisceau et les vraies balances, comme la balance classique vue dans un bureau d'analyse. Les balances électroniques peuvent également être configurées comme des balances de masse. Les balances de salle de bain, en plus de ne pas avoir le degré de précision requis, mesurent le poids et non la masse. La masse mesure la quantité de matière dans un objet tandis que le poids mesure l'attraction de la gravité sur la masse d'un objet.

Trouver le volume d'objets géométriques réguliers utilise des formules standard. Par exemple, le volume d'une boîte est égal à la longueur multipliée par la largeur multipliée par la hauteur. Cependant, tous les objets ne correspondent pas à une formule. Pour ces objets de forme irrégulière, utilisez la méthode de déplacement d'eau pour trouver le volume de l'objet.

Le déplacement de l'eau utilise une propriété particulière de l'eau: 1 millilitre (en abrégé ml) d'eau occupe 1 centimètre cube (cm³) d'espace, ou de volume, lorsque l'eau est à température (0°C) et pression (1 atmosphère) normales. Un objet complètement immergé dans l'eau déplace ou compense un volume d'eau égal au volume de l'objet. Ainsi, si un objet déplace 62 ml d'eau, le volume de l'objet est égal à 62 cm³.

Les méthodes d'utilisation du déplacement d'eau pour trouver le volume nécessitent de submerger l'objet dans un volume d'eau connu et de mesurer le changement de niveau d'eau. Si l'objet rentre dans un cylindre gradué ou une tasse à mesurer, vous pouvez lire la mesure directement. Si le niveau d'eau commence à 40 ml et passe à 90 ml après l'immersion de l'objet, le volume de l'objet est égal au volume d'eau final (90 ml) moins le volume d'eau initial (40 ml), soit 50 ml.

Si l'objet ne rentre pas dans un cylindre gradué ou une tasse à mesurer, vous pouvez mesurer le volume d'eau déplacé de différentes manières. Une méthode consiste à placer un bol dans un plateau ou un bol plus grand. Le bol intérieur doit être suffisamment grand pour immerger complètement l'objet. Remplissez complètement le bol intérieur d'eau. Avec précaution, sans créer de vagues ni d'éclaboussures, glissez l'objet dans le bol, en laissant l'eau déplacée se répandre dans le plus grand bol ou plateau. Retirez le bol intérieur très soigneusement afin qu'aucune eau supplémentaire ne se renverse. Mesurez ensuite le volume d'eau dans le plus grand bol. Ce volume est égal au volume de l'objet.

Une deuxième méthode, peut-être plus pratique, utilise également un bol. Le bol doit être suffisamment grand pour immerger complètement l'objet sans déborder. Commencez par remplir le bol avec suffisamment d'eau pour couvrir complètement l'objet. Avant d'ajouter l'objet, marquez la ligne d'eau dans le bol. Comme l'éprouvette graduée, celle-ci marque le volume d'eau initial. Ensuite, ajoutez l'objet en vous assurant que l'objet est complètement recouvert d'eau. Marquez cette ligne d'eau sur le bol. Maintenant, retirez soigneusement l'objet de l'eau.

À ce stade, le changement de volume d'eau doit être déterminé. Une méthode mesure la quantité d'eau nécessaire pour élever le niveau d'eau de la ligne de volume initial à la ligne de volume final. Ce volume est égal au volume de l'objet. Une deuxième méthode mesure la quantité d'eau utilisée pour remplir le bol jusqu'à la première ligne, puis mesure la quantité d'eau nécessaire pour remplir le bol jusqu'à la deuxième ligne. En utilisant la formule volume final moins volume initial (v_F -v_je) donne le volume de l'objet. Si le volume initial d'eau est égal à 900 ml d'eau et le volume final d'eau est égal à 1 250 ml, le volume de l'objet est de 1250 – 900 = 350 ml, ce qui signifie que le volume de l'objet est égal à 350 cm³.

Une fois que vous avez mesuré la masse et le volume d'un objet, trouver la densité nécessite de mettre les mesures dans la formule de densité. Par exemple, si la masse mesurée est de 875 g et le volume mesuré de 350 cm³, alors la formule de densité devient :

2,50 grammes par centimètre cube, généralement écrit 2,50 g/cm³.