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La densité (D) est une quantité définie en masse (m) par unité de volume (v): D = m ÷ v. Puisque ces trois quantités sont liées, vous pouvez en trouver une si vous connaissez les deux autres. Ceci est plus utile qu'il n'y paraît, car la densité est souvent une quantité connue que vous pouvez rechercher, à condition de connaître la composition du matériau. Les calculs sont simples pour les objets solides, mais les choses se compliquent pour les liquides, dont la densité change avec la température, et pour les gaz, pour lesquels la densité dépend de la température et de la pression.
Utiliser des unités cohérentes
L'équation entre densité, masse et volume est simple et vous permet de calculer la densité d'un matériau si vous mesurez sa masse et son volume. Le seul inconvénient est que vous devez effectuer les mesures dans le même système. Par exemple, si vous mesurez la masse en kilogrammes, vous devez mesurer le volume en mètres cubes et si vous mesurez le volume en litres, vous devez mesurer la masse en livres. Les trois systèmes que vous êtes susceptible d’utiliser sont: CGS (centimètres, grammes, secondes), MKS (mètres, kilogrammes, secondes) et British Imperial. Les unités les plus utilisées pour les densités dans ces trois systèmes sont:
Calculs de densité
Exemple: Supposons que vous ayez un bécher rempli d'une solution aqueuse mystérieuse. Le calcul de sa densité et sa comparaison avec celle de l'eau pure peuvent aider à déterminer sa composition.
Vous calculez le volume de la solution en mesurant les dimensions du bécher et le niveau du liquide et vous trouvez qu'il est de 355 ml. Comme un millilitre est un centimètre cube, vous devriez trouver la masse en grammes. Vous trouvez que c'est 372 g. La masse volumique est alors de 372 g ml 355 ml = 1,05 g / ml. C'est juste un peu plus dense que l'eau pure (1 g / ml), de sorte que tout ce qui est dissous dans l'eau est à faible concentration.
Exemple: Vous trouvez un gros rocher de forme grossièrement sphérique et souhaitez connaître sa composition. Trouver sa densité peut vous aider à déterminer cela.
Calculez le volume de la roche en mesurant son diamètre et en divisant par 2 pour trouver son rayon (r). Le volume d'une sphère est 4 / 3πr3Ainsi, si le rocher a un rayon de 10 pouces, son volume est de 418,67 pouces cubes. Convertissez en pieds cubes en multipliant par 0,00057. Le résultat est 0,239 pieds cubes. Si le rocher pèse 40 livres, sa densité est de 40 lb3 = 167. 36 lb / pi3. Ceci est très proche de la densité du granit, il y a donc de bonnes chances que la roche soit du granit solide.
Utilisation de tables de densité
Si vous avez un objet fait d'un matériau connu, vous pouvez rechercher sa densité dans un tableau. Cette information vous permet de calculer son volume en le pesant. Si vous connaissez déjà son volume, vous pouvez calculer sa masse. Tout ce que vous avez à faire est de réorganiser l'équation de densité pour exprimer le paramètre souhaité en fonction des deux autres.
Exemple: Supposons que vous ayez une statue en or et que vous souhaitiez en trouver le volume.
D = m ÷ v, donc v = m ÷ D
Vous trouvez la statue pèse 2 kg. Dans un tableau, vous constaterez que la densité de l’or est d’environ 19 300 kg / m3. En introduisant des chiffres, vous trouvez que le volume est de 2 kg ÷ 19 300 kg / m3 = 0,0001 m3 ou environ un dixième de litre.
Exemple: Combien pèse un millilitre de mercure?
D = m ÷ v, donc m = Dv
La densité de mercure est de 13,6 g / ml, de sorte qu'un volume de 1 ml a une masse de 13,6 grammes.