C'est une chaude journée d'été et vous voulez vous faire un bon verre de limonade. Vous ajoutez de la glace à votre boisson et la limonade déborde! Mais votre ami, qui a ajouté de la glace à sa boisson avant de verser la limonade, n'en renverse pas, même si la glace fond dans la boisson.
Afin de comprendre ce phénomène, vous devez comprendre comment la densité de l'eau change avec la température.
Qu'est-ce que la densité de volume ?
Afin de comprendre comment calculer un rapport volumétrique glace/eau, vous pouvez demander: « 1 tasse de glace équivaut à combien d'eau? » Pour répondre à cette question, vous devez comprendre la densité.
La densité volumique de l'eau décrit la masse d'eau qui vit dans une unité de volume. Les dimensions de la densité volumique sont donc masse par unité de volume. Les unités peuvent être des grammes par unité de millilitre (g/mL), kg par unité de litre (kg/L) ou toute autre unité de masse par unité de volume. La densité de l'eau liquide est vraiment facile à retenir: elle est de 1 g/mL.
Calcul du volume de glace
L'eau est en fait une substance très inhabituelle parce que l'eau solide (appelée glace) est moins dense que l'eau liquide. La densité de la glace est de 0,92 g/mL, ce qui signifie que si vous prenez un gramme d'eau et que vous le mettez dans le congélateur, lorsque vous le retirez, il aura augmenté de volume et prendra plus de place que lorsqu'il était liquide.
A l'inverse, (rappelez-vous la limonade de tout à l'heure), si vous commencez par une boisson avec quelques glaçons, et qu'ils fondent, le niveau d'eau dans la coupe restera en fait la même, car la glace flottante ne prend autant de place que sa partie immergée une fois qu'elle a fondu.
Mais que se passe-t-il si vous avez une tasse de glace solide? Combien de tasses d'eau aurez-vous lorsque la glace fondra ?
Commencez par convertir les tasses américaines en millilitres: 1 tasse américaine = 236,588 ml, afin d'utiliser la densité connue en grammes par millilitre. Maintenant, multipliez le volume en millilitres par la densité de la glace pour obtenir les grammes d'eau, qui ne changent pas lorsque la température de l'eau change.
Par conséquent, la masse d'eau est de 236,588 mL fois 0,92 g/mL = 217,661 g d'eau. Pour calculer le volume de 217,661 grammes d'eau liquide, il suffit de diviser les grammes d'eau par la densité de l'eau liquide: 217,661 g / (1 g/mL) = 217,661 mL, soit environ 0,92 tasse d'eau.
Un très bon moyen de vérifier votre travail est de vérifier si la réponse que vous avez obtenue « a du sens ». Dans ce cas, vous savez que le volume diminue lorsque la glace fond en eau liquide. Donc si le volume baisse, vous êtes sur la bonne voie! En regardant les chiffres, il a été déterminé qu'environ 237 millilitres de glace fondent à environ 218 millilitres d'eau liquide; donc la réponse "a du sens !"
Un moyen rapide de convertir la glace en volume d'eau
Il convient de se souvenir de la procédure complète de calcul des volumes à partir des densités, mais l'utilisation du rapport glace/eau est un moyen rapide de faire ce calcul.
Le rapport des densités est simplement la densité de l'une divisée par la densité de l'autre: La densité de la glace à l'eau est de 0,92. En utilisant le rapport, on peut simplement multiplier le volume de la glace par 0,92, qui est le facteur de conversion du volume de glace en eau liquide.
Notez que plus tôt, vous auriez pu simplement utiliser ce rapport pour calculer rapidement qu'une tasse de glace donne 0,92 tasse d'eau liquide.
En général, tout comme l'exemple de la conversion du volume de glace en eau, vous pouvez également utiliser des ratios pour des conversions rapides dans d'autres situations.
Conseils
L'eau solide (glace) est moins dense que l'eau liquide. Le rapport des densités volumétriques (0,92) peut être utilisé pour convertir rapidement le volume de glace en volume d'eau liquide.
Poids, masse et volume
Tous ces termes, poids, masse et volume, ont ce qu'on appelle des « unités ». Chacun nous dit quel type de quantité est mesuré.
Le poids est la force d'un objet en raison de sa masse et de l'accélération locale de la gravité, mais la masse n'est que la quantité de matière dans un objet. La masse de l'objet ne change que si quelqu'un en coupe physiquement une partie de l'objet et la prend loin, mais le poids d'un objet peut changer si quelqu'un le déplace d'une vallée au sommet d'une montagne.
Le volume, quant à lui, est la quantité d'espace physique nécessaire pour une certaine quantité de masse.
Il est important de se rappeler les différences entre ces quantités, afin de vous assurer que vos réponses « ont un sens! »
