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Chapitre 6 – Masse volumique

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Dernière mise à jour : 21 octobre 2026

Avant de commencer, tu dois savoir…
Objectifs du chapitre :

1. Situation d'entrée — Deux poutres sur le chantier

Situation — Qui peut porter la poutre ?

Sur un chantier, Yanis voit deux poutres de même taille. Chacune a un volume de 0,1 m³.

La première est en bois de sapin. La seconde est en béton.

Yanis dit : « Elles ont la même taille, donc elles ont la même masse. On peut les porter à deux. »

Un petit morceau de chaque poutre tombe dans un seau d'eau.

Question 1 : Yanis a-t-il raison ? Quelle est la masse de chaque poutre ?
Question 2 : dans le seau, quel morceau flotte, et quel morceau coule ?

Les réponses sont à la fin de la section 6.

2. Mesurer une masse et un volume (C1)

Définition La masse m d'un objet, c'est la quantité de matière qu'il contient. On la mesure avec une balance. Unités : le gramme (g), le kilogramme (kg).
Le volume V d'un objet, c'est la place qu'il occupe. Unités : le millilitre (mL), le litre (L), le centimètre cube (cm³), le mètre cube (m³).
À savoir

2.1 Mesurer une masse avec une balance

Protocole Peser un objet
1
J'allume la balance. Le plateau doit être vide.
2
J'appuie sur TARE (ou « zéro ») : l'écran affiche 0 g.
3
Je pose l'objet au milieu du plateau.
4
J'attends que le nombre ne bouge plus. Je l'écris avec son unité.
Attention Pour peser un liquide, je pose d'abord le récipient vide, j'appuie sur TARE, puis je verse le liquide. La balance affiche alors la masse du liquide seul.

2.2 Mesurer le volume d'un liquide avec une éprouvette graduée

Définition Une éprouvette graduée est un tube haut et étroit, avec des traits (des graduations) en mL.
À la surface, le liquide n'est pas plat : il forme un creux. Ce creux s'appelle le ménisque.
Protocole Lire un volume sur une éprouvette
1
Je pose l'éprouvette sur la table, bien droite.
2
Je mets mon œil à la hauteur de la surface du liquide.
3
Je lis la graduation au niveau du bas du ménisque.
4
J'écris le volume avec son unité (mL).

2.3 Mesurer le volume d'un solide par déplacement d'eau

Définition Quand on plonge un solide dans l'eau, l'eau monte. Le volume gagné par l'eau est égal au volume du solide.
Cette méthode marche pour un objet de forme compliquée (un caillou, un boulon) qui coule dans l'eau.
Protocole Mesurer le volume d'un solide
1
Je verse de l'eau dans l'éprouvette. Je lis le volume : V1.
2
J'incline l'éprouvette et je fais glisser doucement le solide dedans (sans éclabousser).
3
Je lis le nouveau volume : V2.
4
Je calcule le volume du solide : V = V2 − V1.
Exemple : on mesure le volume du boulon pesé plus haut.
1
Avant : V1 = 40 mL.
2
Après : V2 = 60 mL.
3
V = V2 − V1 = 60 − 40 = 20 mL, soit 20 cm³.
À toi (C1)

Lina verse de l'eau dans une éprouvette : elle lit 50 mL.
Elle plonge un caillou. L'eau monte à 57 mL.
Quel est le volume du caillou, en cm³ ?

V = V2 − V1 = 57 − 50 = 7 mL.
Comme 1 mL = 1 cm³ : le caillou a un volume de 7 cm³.
À toi (C1)

Pour peser 100 mL d'huile, Karim pose un verre vide sur la balance. L'écran affiche 180 g.
Que doit-il faire avant de verser l'huile ?

Il appuie sur TARE : l'écran revient à 0 g.
Ensuite, il verse l'huile : la balance affiche la masse de l'huile seule, sans le verre.

3. Calculer une masse volumique (C2)

Définition La masse volumique d'une matière, c'est la masse d'un cm³ (ou d'un litre, ou d'un m³) de cette matière.
On la note ρ (lettre grecque, on dit « rhô »).
Formule

ρ = m / V

On lit « g/cm³ » : « gramme par centimètre cube ».
Méthode Calculer une masse volumique
1
J'écris la masse m et le volume V, avec leurs unités.
2
J'écris la formule : ρ = m / V.
3
Je divise la masse par le volume à la calculatrice.
4
J'écris le résultat avec son unité : unité de m / unité de V.
Exemple : 50 mL d'huile de tournesol ont une masse de 46 g. Quelle est sa masse volumique ?
1
m = 46 g ; V = 50 mL.
2
ρ = m / V
3
ρ = 46 / 50 = 0,92
4
Unité : g / mL. Donc ρ = 0,92 g/mL. Un millilitre d'huile a une masse de 0,92 g.
Exemple 2 : le boulon de la section 2 a une masse de 156 g et un volume de 20 cm³.
ρ = m / V = 156 / 20 = 7,8 g/cm³.

3.1 La masse est proportionnelle au volume

Lien avec les maths Pour une même matière, si le volume est 2 fois plus grand, la masse est 2 fois plus grande.
La masse est proportionnelle au volume. Le coefficient de proportionnalité est la masse volumique.
Volume d'huile (L)125
Masse d'huile (kg)0,921,844,6

Dans chaque colonne : masse ÷ volume = 0,92 kg/L. C'est toujours la même valeur : la masse volumique de l'huile.

Attention
À toi (C2)

Un petit bloc d'aluminium a une masse de 54 g et un volume de 20 cm³.
Calcule sa masse volumique, avec son unité.

m = 54 g ; V = 20 cm³.
ρ = m / V = 54 / 20 = 2,7 g/cm³.
À toi (C2)

Un seau contient 10 L d'eau de mer. Sa masse est de 10,3 kg.
Calcule la masse volumique de l'eau de mer en kg/L.

m = 10,3 kg ; V = 10 L.
ρ = m / V = 10,3 / 10 = 1,03 kg/L.

4. Calculer une masse ou un volume (C3)

Trois formules, une seule relation
Méthode Calculer une masse ou un volume
1
J'écris ce que je connais, avec les unités. J'écris ce que je cherche.
2
Je choisis la formule avec le triangle.
3
Je vérifie que les unités vont ensemble : ρ en kg/m³ avec V en m³ ; ρ en g/cm³ avec V en cm³.
4
Je calcule, puis j'écris le résultat avec son unité.
Exemple 1 — calculer une masse : une dalle de béton a un volume de 0,5 m³. Le béton a une masse volumique de 2 400 kg/m³. Quelle est la masse de la dalle ?
1
Je connais : ρ = 2 400 kg/m³ ; V = 0,5 m³. Je cherche : m.
2
m = ρ × V
3
ρ en kg/m³ et V en m³ : les unités vont ensemble.
4
m = 2 400 × 0,5 = 1 200 kg. La dalle pèse plus d'une tonne !
Exemple 2 — calculer un volume : une bouteille contient 460 g d'huile. La masse volumique de l'huile est 0,92 g/mL. Quel volume d'huile contient-elle ?
1
Je connais : m = 460 g ; ρ = 0,92 g/mL. Je cherche : V.
2
V = m / ρ
3
m en g et ρ en g/mL : le volume sera en mL.
4
V = 460 / 0,92 = 500 mL, soit un demi-litre.
Astuce : pour vérifier, je refais le calcul dans l'autre sens. 0,92 × 500 = 460 g : c'est bien la masse de départ.
À toi (C3)

Un charpentier pose une poutre en sapin de volume 0,2 m³. Le sapin a une masse volumique d'environ 500 kg/m³.
Calcule la masse de la poutre.

On cherche m, donc m = ρ × V.
m = 500 × 0,2 = 100 kg.
À toi (C3)

Une bague en or a une masse de 3,86 g. L'or a une masse volumique de 19,3 g/cm³.
Calcule le volume de la bague.

On cherche V, donc V = m / ρ.
V = 3,86 / 19,3 = 0,2 cm³. C'est très petit : l'or est une matière très lourde pour sa taille.

5. Changer d'unité (C4)

À savoir par cœur

1 g/cm³ = 1 g/mL = 1 kg/L = 1 000 kg/m³

Pourquoi ?
Méthode Convertir une masse volumique
1
Je repère l'unité de départ et l'unité d'arrivée.
2
Entre g/cm³, g/mL et kg/L : je garde le même nombre.
3
Vers kg/m³ : je multiplie par 1 000. Depuis kg/m³ : je divise par 1 000.
Exemple 1 : l'aluminium a une masse volumique de 2,7 g/cm³. En kg/m³ ?
1
De g/cm³ vers kg/m³.
2
Je multiplie par 1 000 : 2,7 × 1 000 = 2 700.
3
ρ = 2 700 kg/m³.
Exemple 2 : la glace a une masse volumique de 920 kg/m³. En g/cm³ ?
De kg/m³ vers g/cm³ : je divise par 1 000. 920 ÷ 1 000 = 0,92. Donc ρ = 0,92 g/cm³.
Attention Avant de comparer deux masses volumiques, je les mets dans la même unité. 7 850 kg/m³ (l'acier) n'est pas « plus grand » que 19,3 g/cm³ (l'or) : en kg/m³, l'or fait 19 300 kg/m³.
À toi (C4)

a) Le béton a une masse volumique de 2 400 kg/m³. Écris-la en g/cm³.
b) L'huile a une masse volumique de 0,92 g/mL. Écris-la en kg/L, puis en kg/m³.

a) De kg/m³ vers g/cm³ : je divise par 1 000. 2 400 ÷ 1 000 = 2,4 g/cm³.
b) g/mL et kg/L : même nombre, 0,92 kg/L. Puis × 1 000 : 920 kg/m³.

6. Flotter ou couler, reconnaître une matière (C5)

6.1 Le tableau des masses volumiques

Chaque matière a sa masse volumique. Voici des valeurs pour des matières courantes (à 20 °C environ, valeurs arrondies) :

Matièreρ en g/cm³ (ou kg/L)ρ en kg/m³
Air0,00121,2
Liègeenviron 0,24environ 240
Bois de sapin ou de pin (charpente)environ 0,5environ 500
Bois de chêneenviron 0,7environ 700
Essence (carburant)0,74740
Huile de tournesol0,92920
Glace0,92920
Eau11 000
Eau de mer1,031 030
Béton2,42 400
Verre (vitre)2,52 500
Aluminium2,72 700
Acier7,857 850
Cuivre8,98 900
Plomb11,311 300
Or19,319 300

Sources : Eurocode 1, norme NF EN 1991-1-1, annexe A (béton, acier, aluminium, cuivre, plomb) ; Engineering ToolBox, tables « Densities of Solids », « Wood Densities » et « Liquids Densities » (bois, liège, glace, verre, huile, essence, eau de mer, or) ; Wikipédia, « Masse volumique » (air à 20 °C). Pour le bois, la valeur change selon l'arbre et son humidité : le sapin et le pin vont de 0,35 à 0,55 g/cm³, le chêne de 0,6 à 0,9 g/cm³.

Astuce : la masse volumique change un peu avec la température. Quand l'eau gèle, elle gonfle : son volume augmente, sa masse ne change pas. C'est pourquoi la glace (0,92) a une masse volumique plus petite que l'eau liquide (1).

6.2 Flotter ou couler

Règle On compare la masse volumique de l'objet (fait d'une seule matière, plein) avec celle de l'eau : 1 g/cm³. Pour deux liquides qui ne se mélangent pas : celui qui a la masse volumique la plus petite reste au-dessus.
Méthode Prévoir si un objet flotte ou coule
1
Je cherche la masse volumique de la matière (tableau ou calcul).
2
Je la mets en g/cm³ si besoin.
3
Je la compare à 1 g/cm³ (l'eau). Plus petite : il flotte. Plus grande : il coule.
Exemple : un glaçon flotte-t-il dans un verre d'eau ?
1
Glace : ρ = 0,92 g/cm³.
2
Elle est déjà en g/cm³.
3
0,92 est plus petit que 1 : le glaçon flotte. Mais 0,92 est proche de 1 : il flotte presque tout entier sous l'eau. C'est pareil pour un iceberg.
Attention La règle marche pour un objet plein, fait d'une seule matière. Un bateau en acier flotte, alors que l'acier coule : le bateau est creux, rempli d'air. C'est tout le bateau (acier + air) qu'il faut regarder, pas l'acier seul.

6.3 Reconnaître une matière

Méthode Identifier une matière
1
Je mesure la masse m (balance) et le volume V (éprouvette).
2
Je calcule ρ = m / V.
3
Je cherche dans le tableau la valeur la plus proche. C'est sans doute cette matière.
Exemple : le boulon de la section 2 a une masse de 156 g et un volume de 20 cm³. En quelle matière est-il ?
1
m = 156 g ; V = 20 cm³.
2
ρ = 156 / 20 = 7,8 g/cm³.
3
Dans le tableau, la valeur la plus proche est 7,85 g/cm³ : le boulon est en acier. La petite différence vient de la précision des mesures.
À toi (C5)

Avec le tableau, dis si chaque objet flotte ou coule dans l'eau :
a) une planche de chêne ;   b) une bille de verre ;   c) un plomb de pêche.

a) Chêne : environ 0,7 g/cm³, plus petit que 1 : la planche flotte.
b) Verre : 2,5 g/cm³, plus grand que 1 : la bille coule.
c) Plomb : 11,3 g/cm³, plus grand que 1 : le plomb de pêche coule.
À toi (C5)

Après un accident, de l'essence se renverse dans une rivière. L'essence ne se mélange pas à l'eau.
Va-t-elle rester à la surface ou descendre au fond ?

Essence : 0,74 g/cm³. Eau : 1 g/cm³. L'essence a la plus petite masse volumique : elle reste à la surface et forme une couche sur l'eau.
À toi (C5)

Une cale en métal a une masse de 27 g et un volume de 10 cm³.
a) Calcule sa masse volumique.   b) Avec le tableau, trouve son métal.

a) ρ = m / V = 27 / 10 = 2,7 g/cm³.
b) Dans le tableau, 2,7 g/cm³ correspond à l'aluminium.
Réponse à la situation d'entrée :
1
Sapin : m = ρ × V = 500 × 0,1 = 50 kg. Béton : m = 2 400 × 0,1 = 240 kg.
2
Yanis a tort : même taille ne veut pas dire même masse. La poutre en béton est presque 5 fois plus lourde. À deux, on porte la poutre en sapin ; pour le béton, il faut un engin de levage.
3
Dans le seau : sapin, 0,5 g/cm³, plus petit que 1 : il flotte. Béton, 2,4 g/cm³, plus grand que 1 : il coule.

7. L'essentiel à retenir

À retenir :
Erreurs fréquentes