Masse volumique, masse et volume
La masse volumique (ρ, la lettre grecque rhô) est la masse d’un matériau par unité de volume :
ρ = m ÷ V
Elle s’exprime en kg/m³ dans le Système international, ou en g/cm³, qui correspond au même nombre qu’en kg/L. Connaissant deux des trois grandeurs, on trouve la troisième : m = ρ × V et V = m ÷ ρ.
La densité compare cette masse volumique à celle de l’eau, 1 000 kg/m³. C’est un nombre sans unité : une densité inférieure à 1 flotte sur l’eau, supérieure à 1 coule. En français courant, on dit souvent « densité » pour parler de la masse volumique, mais les deux notions sont distinctes.
Exemple : 2,5 kg de liquide dans un bidon de 2 L
- Masse volumique : 2,5 ÷ 0,002 = 1 250 kg/m³, soit 1,25 kg/L.
- Densité : 1,25. Le liquide coule dans l’eau : ce peut être un sirop ou un liquide de refroidissement concentré.
Masse volumique des matériaux courants
| Matériau | kg/m³ | Densité |
|---|---|---|
| Air (niveau de la mer, 20 °C) | 1,2 | 0,0012 |
| Bois de pin | 500 | 0,50 |
| Essence | 750 | 0,75 |
| Gazole, fioul domestique | 840 | 0,84 |
| Glace | 917 | 0,92 |
| Eau | 1 000 | 1,00 |
| Eau de mer | 1 025 | 1,03 |
| Miel | 1 420 | 1,42 |
| Béton | 2 400 | 2,4 |
| Aluminium | 2 700 | 2,7 |
| Acier | 7 850 | 7,85 |
| Cuivre | 8 960 | 8,96 |
| Or | 19 300 | 19,3 |
Applications pratiques
- Poids d’un chargement : 1 m³ de béton pèse environ 2,4 tonnes, à garder en tête pour une remorque ou une dalle.
- Carburant : un plein de 50 L d’essence pèse environ 50 × 0,75 = 37,5 kg.
- Fioul : une cuve de 1 000 L de fioul pèse environ 840 kg.
- Identifier un matériau : une bague de 10 g qui déplace 0,52 mL d’eau a une masse volumique de 19,2 g/cm³, compatible avec de l’or.
Mesurer une masse volumique chez soi
Pesez l’objet sur une balance de cuisine, puis mesurez son volume grâce à l’eau qu’il déplace dans un verre doseur : c’est la méthode d’Archimède. Pour un liquide, pesez un volume connu et retirez le poids du récipient.
Bon à savoir
La masse volumique varie avec la température, car la plupart des matériaux se dilatent en chauffant. L’eau est la plus dense à 4 °C : c’est pourquoi la glace flotte et les lacs gèlent par la surface. Les gaz y sont bien plus sensibles : l’air est environ 10 % moins dense à 32 °C qu’à 0 °C.