3e prépa-métiers | Physique-Chimie | La matière | ⏱ 40 min
Dernière mise à jour : 21 octobre 2026
À l'atelier, Inès jette dans un seau d'eau une grosse planche de sapin et un petit clou en acier.
La planche flotte. Le clou coule au fond.
Yanis : « Normal, le clou coule parce qu'il est lourd. »
Inès : « Mais la planche est beaucoup plus lourde que le clou ! Et elle flotte… »
Avant de chercher, donne ton avis. Il n'y a pas de mauvaise réponse.
Selon toi, pourquoi le clou coule alors que la planche flotte ?
Chacun peut avoir un avis différent. Beaucoup pensent : « le métal coule, le bois flotte ».
Yanis se trompe sur un point : ce n'est pas la masse de l'objet qui compte, puisque la planche, plus lourde, flotte. Pour comprendre, on va mesurer des masses et des volumes.
Le professeur verse de l'eau dans une éprouvette graduée. Il la pèse sur une balance.
Il a d'abord posé l'éprouvette vide sur la balance et appuyé sur TARE : la balance affiche donc la masse de l'eau seule.
a) Lis le volume d'eau sur l'éprouvette : V = mL
b) Lis la masse de l'eau sur la balance : m = g
Aide : à la surface, l'eau forme un petit creux. On lit la graduation au bas du creux, l'œil à la même hauteur.
a) Le bas du creux est sur le petit trait entre 40 et 60 : V = 50 mL.
b) La balance affiche m = 50 g. Grâce à la tare, c'est la masse de l'eau seule, sans l'éprouvette.
Un boulon en acier coule dans l'eau. Pour trouver son volume, le professeur le fait glisser dans une éprouvette qui contient de l'eau. L'eau monte.
a) Lis le volume d'eau avant : V1 = mL
b) Lis le volume d'eau après : V2 = mL
c) Calcule de combien l'eau est montée : V2 − V1 = mL
Aide : 1 mL = 1 cm³. C'est le même volume, écrit de deux façons. Le volume du boulon est donc en cm³ le même nombre.
a) V1 = 50 mL. b) V2 = 60 mL.
c) V2 − V1 = 60 − 50 = 10 mL. Le boulon a un volume de 10 cm³ et une masse de 78 g.
Le professeur a fait d'autres mesures, avec trois matières :
| Matière | Volume V (cm³) | Masse m (g) | m ÷ V |
|---|---|---|---|
| Eau | 20 | 20 | |
| Eau | 50 | 50 | |
| Eau | 100 | 100 | |
| Acier | 10 | 78 | |
| Acier | 20 | 156 | |
| Acier | 40 | 312 | |
| Sapin | 20 | 10 | |
| Sapin | 40 | 20 | |
| Sapin | 100 | 50 |
Tu retrouves tes mesures : l'eau de la question 2 (50 cm³, 50 g) et le boulon de la question 3 (10 cm³, 78 g).
Calcule m ÷ V pour chaque ligne, à la calculatrice. Écris le résultat dans la dernière colonne.
Aide : pour la ligne « acier, 10 cm³ », je tape 78 ÷ 10.
| Matière | Volume V (cm³) | Masse m (g) | m ÷ V |
|---|---|---|---|
| Eau | 20 | 20 | 1 |
| Eau | 50 | 50 | 1 |
| Eau | 100 | 100 | 1 |
| Acier | 10 | 78 | 7,8 |
| Acier | 20 | 156 | 7,8 |
| Acier | 40 | 312 | 7,8 |
| Sapin | 20 | 10 | 0,5 |
| Sapin | 40 | 20 | 0,5 |
| Sapin | 100 | 50 | 0,5 |
Regarde les lignes de l'acier.
a) Le volume passe de 20 cm³ à 40 cm³. Il est multiplié par .
b) La masse passe de 156 g à 312 g. Elle est multipliée par .
c) Pour une même matière, le nombre m ÷ V change-t-il ? Entoure : oui / non
a) 40 ÷ 20 = 2 : le volume est multiplié par 2.
b) 312 ÷ 156 = 2 : la masse est aussi multipliée par 2.
c) Non. Pour l'acier, on trouve toujours 7,8. Pour l'eau, toujours 1. Pour le sapin, toujours 0,5.
Comme en maths (chapitre 8) : la masse est proportionnelle au volume. Le nombre m ÷ V est le coefficient de proportionnalité.
Le nombre m ÷ V, c'est la masse d'un cm³ de matière.
a) Complète : 1 cm³ d'eau a une masse de g ; 1 cm³ d'acier, g ; 1 cm³ de sapin, g.
b) Range les trois matières de la plus légère à la plus lourde, pour un même volume :
a) 1 cm³ d'eau : 1 g ; 1 cm³ d'acier : 7,8 g ; 1 cm³ de sapin : 0,5 g.
b) sapin (0,5) → eau (1) → acier (7,8).
Ce nombre ne dépend pas de la taille de l'objet : il dépend de la matière.
Reviens au seau d'Inès (document 1).
a) Le sapin flotte. Son nombre m ÷ V est-il plus petit ou plus grand que celui de l'eau ?
b) L'acier coule. Son nombre m ÷ V est-il plus petit ou plus grand que celui de l'eau ?
c) Yanis disait : « Le clou coule parce qu'il est lourd. » A-t-il raison ?
a) 0,5 est plus petit que 1 : le sapin flotte.
b) 7,8 est plus grand que 1 : l'acier coule.
c) Non. Le clou est léger, mais 1 cm³ d'acier est beaucoup plus lourd que 1 cm³ d'eau. La planche est lourde, mais 1 cm³ de sapin est plus léger que 1 cm³ d'eau. Ce qui compte, c'est la matière, pas la masse de l'objet.
| Matière | Masse d'un cm³ |
|---|---|
| Bois de sapin ou de pin | environ 0,5 g |
| Eau | 1 g |
| Acier | 7,85 g |
Sources : Eurocode 1, norme NF EN 1991-1-1, annexe A (acier) ; Engineering ToolBox, tables « Wood Densities » (sapin et pin : de 0,35 à 0,55 g par cm³ selon l'arbre et son humidité) et « Liquids Densities » (eau, à 20 °C environ).
Les mesures du professeur (0,5 ; 1 ; 7,8) sont très proches de ces valeurs. La petite différence pour l'acier (7,8 au lieu de 7,85) vient de la précision des mesures.
Un énorme bateau est construit en acier. Pourtant, il flotte. Le clou, lui, coule.
a) Observe le document 6. Qu'y a-t-il à l'intérieur de la coque ?
b) L'air est une matière très légère : 1 cm³ d'air a une masse d'environ 0,0012 g. Complète : le bateau, c'est de l'acier et beaucoup d'.
c) Un objet plein en acier flotte-t-il ? Entoure : oui / non
a) De l'air.
b) Le bateau, c'est de l'acier et beaucoup d'air. Pour tout le bateau (acier + air), la masse d'un cm³ est plus petite que 1 g : il flotte.
c) Non : un objet plein en acier coule, comme le clou. Le bateau flotte parce qu'il est creux. C'est tout le bateau qu'il faut regarder, pas l'acier seul.
Complète avec les mots : proportionnelle – matière – masse volumique – flotte – coule.
Réponse à la problématique : ce n'est pas la masse de l'objet qui décide, c'est sa matière. Un cm³ de sapin (0,5 g) est plus léger qu'un cm³ d'eau (1 g) : la grosse planche flotte. Un cm³ d'acier (7,8 g) est plus lourd qu'un cm³ d'eau : le petit clou coule. Inès avait raison de douter de Yanis.
📚 Après cette activité, le cours reprend ces idées : leçon du chapitre 6, sections 2 (mesurer une masse et un volume), 3 (calculer une masse volumique, proportionnalité) et 6 (flotter ou couler).