Densité
Un article de Vev.
La densité d'un corps est le rapport entre sa masse volumique et la masse volumique d'un corps de référence. Le corps de référence est l'eau (pour les liquides et les solides) et l'air pour les gaz<ref>Le Petit Larousse compact 2002, page 316</ref>. La densité est une grandeur sans dimension et sa valeur s'exprime donc sans unité de mesure<ref> Bureau international des poids et mesures (BIPM) , « Unité des grandeurs sans dimension »
</ref>.
Sommaire |
Expression de la densité
La densité, notée d, s'exprime de la sorte :
<math>d= \frac{\rho_{\rm corps}}{\rho_{\rm ref}}</math>
où <math>\rho_{\rm corps} </math> est la masse volumique du corps considéré, et <math>\rho_{\rm ref} </math> est la masse volumique du corps de référence.
Densité pour les solides et les liquides
Le plus souvent, l'eau est utilisée comme corps de référence pour la densité des liquides et des solides. Dans ce cas, la masse volumique de l'eau est prise égale à 1000 kg/m3 (ou à 1 g/cm3). Il s'agit de la masse volumique de l'eau à 3,98 °C sous une pression d'une atmosphère.
La densité devient :
- <math>d= \frac{\rho_{\rm corps}}{\rho_{\rm eau}}</math>
où <math>\rho_{\rm corps} </math> est la masse volumique du corps considéré et <math>\rho_{\rm eau} </math> est la masse volumique de l'eau (1000 kg/m3).
Densité et flottabilité
La densité peut indiquer la flottabilité d'un corps. En effet, si la densité d'un corps est supérieure à 1 comme pour une vis métallique (voir illustration) le corps en question coule dans l'eau. À l'inverse, si la densité d'un corps est inférieure à 1 comme pour un bouchon de liège (voir illustration) le corps en question flotte sur l'eau.
Correction en fonction de la température
Il suffit d'avoir la courbe de la variation de la masse volumique de l'eau en fonction de la température pour en déduire la masse volumique des matériaux à la température des mesures faites ci dessus.
La référence de l'eau à 3,98 °C
Parler de « densité relative » constitue a priori un pléonasme. Cependant, il peut être utile de faire des comparaisons dans des conditions hors normes. On peut par exemple avoir besoin de comparer, à la température ambiante, une pièce réalisée en bronze (densité 8,1) à la même pièce réalisée dans un alliage d'aluminium (densité 2,7). On pourra dire alors que le bronze est (relativement) trois fois plus dense que l'aluminium, ou que la densité (relative) du bronze par rapport à l'aluminium est de 3. Ce n'est pas le caractère relatif qui change, mais la référence.
Lors que l'on refroidit un corps, son volume diminue. L'eau possède une particularité parmi les liquides : son volume minimal n'est pas atteint avec sa température minimale (qui est de 0°C) , mais juste un peu au-dessus : à 3,98°C. C'est donc à cette température que l'eau est la plus dense, puisque son volume est minimal. Dans le domaine des mesures, le fait de prendre comme référence une propriété physique qui passe par un extremum est très intéressant : au voisinage de 3,98 °C, la masse volumique de l'eau reste sensiblement constante, on n'a donc pas besoin de déterminer la température avec une grande précision, ce qui ne serait pas le cas aux autres températures. La masse volumique et la densité de l'eau sont maximales à 3,98 °C à la pression atmosphérique normale.
Cette particularité permet à l'eau tiède, à l'eau très froide et à la glace de flotter sur de l'eau à 3,98 °C. Si l'eau se comportait comme la plupart des autres corps, la glace tomberait au fond des lacs, des rivières et des océans, où la vie serait alors pratiquement impossible, du moins sous la forme que nous connaissons.
Parmi les métaux moins denses à l'état solide qu'à l'état liquide, il existe l'argent et le bismuth. Cela pose des problèmes importants lors du moulage, à cause du gonflement qui accompagne la solidification.
Mesure de la densité
La densité ne se mesure pas directement, elle est obtenue indirectement par une mesure de masse volumique.
La densité d'un liquide peut se mesurer directement à l'aide d'un densimètre.
Notes et références
Voir aussi
Modèle:Portail physiquear:كثافة نسبية de:Relative Dichte en:Relative density es:Gravedad específica et:Erikaal fa:چگالی fi:Ominaispaino he:משקל סגולי hr:Relativna gustoća it:Gravità specifica ja:比重 nn:Eigenvekt sl:Specifična teža
