Les matériaux flottent ou coulent principalement en fonction de la densité. Étant donné que les glaçons sont légèrement moins denses que l'eau, les glaçons flottent dans l'eau. Puisque l'acier est moins dense que le mercure mais plus dense que l'eau, un roulement à billes en acier flotte dans le mercure liquide mais coule dans l'eau. Comprendre la densité commence par comprendre comment la calculer.
Définition de la densité et formule
La densité est le rapport de la masse au volume d'un objet, et en tant que telle, la densité est une valeur calculée plutôt que mesurée. Trouver la densité nécessite de mesurer à la fois la masse et le volume d'un objet. La densité est utilisée pour décrire les solides, les liquides et les gaz.
La formule de la densité en chimie est la densité égale la masseMdivisé par le volumeV. La densité peut être représentée parréou par la lettre grecque rho (ρ), la formule peut donc s'écrire :
D= \frac{M}{V} \\ \text{ou} \;ρ= \frac{M}{V}
En géologie, la densité est plus utilisée que la densité, mais les deux sont étroitement liées. La densité se compose de la densité de l'objet divisée par la densité de l'eau (1,0 g/cm
3), donnant une valeur sans dimension.Unités de densité
Pour les solides, les unités de densité dans le système métrique sont généralement exprimées en grammes (masse) par centimètre cube (volume) écrites en g/cm3. La densité peut également être indiquée en kilogrammes par mètre cube (kg/m3), kilogrammes par centimètre cube (kg/cm3) ou grammes par mètre cube (g/m3).
Moins fréquemment, la densité peut être exprimée en livres (masse) par pied cube (volume), écrite en lb/pi3, livres par pouce cube (lb/in3) ou livres par verge cube (lb/yd3).
Pour les liquides, la densité est le plus souvent exprimée en grammes par millilitre (g/mL), tandis que la densité des gaz est généralement exprimée en grammes par litre (g/L). Les densités de liquide et de gaz changent avec la pression et la température, cependant, elles seront généralement rapportées en termes de pression standard (une atmosphère) et de température (25° C pour les liquides et 0° C pour les gaz).
Mesure de la masse
Trouver la masse des solides nécessite l'utilisation d'une balance à triple faisceau ou d'une balance électronique qui mesure la masse. Placez l'échantillon sur le plateau, puis suivez la procédure de l'outil pour trouver la masse. Si vous mesurez la masse d'une poudre ou d'un liquide, trouvez d'abord la masse d'un récipient, puis ajoutez la poudre ou le liquide et mesurez la masse totale, avant de soustraire la masse du récipient.
Mesurer le volume
Trouver le volume d'un polygone régulier nécessite simplement de mesurer les dimensions du solide et de rechercher la formule de la forme. Par exemple, un bloc rectangulaire mesurant 10 centimètres sur 5 centimètres sur 2 centimètres a un volume de 10 × 5 × 2 ou 100 centimètres cubes.
Trouver le volume de solides de forme irrégulière utilise le principe de déplacement d'Archimède. Mesurez une quantité connue d'eau dans un cylindre gradué, placez l'objet de forme irrégulière dans le cylindre et lisez le cylindre gradué pour déterminer le changement de volume. L'eau déplacée, indiquée par le changement de lecture sur l'éprouvette graduée, est égale au volume de l'objet inséré.
Pour les liquides, le volume peut être mesuré directement à l'aide de l'éprouvette graduée.
Calculs pour trouver la densité
Pour trouver la densité, divisez la masse mesurée par le volume mesuré (ré = M ÷ V).
Exemples de formules de densité: solides
Si un cube d'un matériau mesurant 1 centimètre de côté a une masse de 7,90 grammes, le calcul de la densité devient
D= \frac{7.90\;\text{g}}{1 \;\text{cm} × 1\;\text{cm} × 1 \;\text{cm}} = 7.90 \;\text{g /cm}^3
Le matériau est probablement du fer.
La masse d'un objet de forme irrégulière est mesurée à 211,4 grammes. Le volume d'eau déplacé est égal à 20 millilitres. Puisqu'un millilitre d'eau occupe un centimètre cube de volume, le volume de l'objet est égal à 20 centimètres cubes. Compléter la formule montre
D= \frac{211.4\;\text{g}}{20 \;\text{cm}^3} = 10.57 \;\text{g/cm}^3
Le matériau est probablement de l'argent.
Exemples de formules de densité: liquides
Un liquide d'un volume de 50 millilitres (mL) a une masse de 63 grammes (g). Donc
D= \frac{63\;\text{g}}{50 \;\text{mL}} = 1,26 \;\text{g/mL}
Le liquide est probablement de la glycérine.
Un liquide d'une masse mesurée de 338,75 grammes occupe un volume de 25 millilitres. Compléter la formule de densité montre
D= \frac{338,75\;\text{g}}{25 \;\text{mL}} = 13,55 \;\text{g/mL}
Le liquide est probablement du mercure.
Calculateur de formule de densité en ligne
Des calculateurs de formule de densité en ligne sont disponibles. Deux des trois variables (masse, volume ou densité) doivent cependant être connues (voir Ressources).