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La densité est une quantité adimensionnelle (c'est-à-dire sans unité) définie comme étant le rapport d'une masse de substance sur la masse du même volume d'eau à la température de 3,98 °C. Donc, par définition, la densité de l'eau est 1. De par sa définition, la densité permet notamment de déterminer la flottabilité d'un matériau : s'il possède une densité inférieure à 1 (celle de l'eau), un bloc de matériau flottera (puisqu'à volume égal, il subira immergé dans l'eau une poussée supérieure à son propre poids). Il s'équilibrera à la surface lorsque la partie immergée subira une force égale à son poids total.
La définition de la densité permet sa mesure en laboratoire. On peut aussi calculer la densité d'une substance en divisant sa masse volumique par la masse volumique de l'eau.
Plus grande est la densité, plus grande est la masse par volume.
Les densités les plus importantes connues sont peut-être atteintes dans les étoiles à neutrons. La singularité gravitationnelle au centre d'un trou noir, conformément à la relativité générale, n'a pas de volume et sa densité peut ainsi être vue comme infinie ou inexistante.
Les substances les plus dense sur Terre sont l'osmium et l'iridium, à environ 22 000 kg/m3.
| Sommaire |
| Substance | masse volumique kg/m3 |
|---|---|
| Air | 1,204 kg/m3 20 °C, (0,001204 kg/l = 1,204 g/l) |
Notez que la masse volumique de l'air n'est pas nulle quoique très faible.
| Bois | masse volumique kg/m3 | densité |
|---|---|---|
| Acajou | 700 | 0,7 |
| Buis | 910 - 1320 | 0,91 - 0,132 |
| Cèdre | 490 | 0,49 |
| Chêne | 610 - 980 (cœur : 1170) | 0,61 - 098 |
| Ébène | 1150 | 1,15 |
| Frêne | 840 | 0,84 |
| Hêtre | 800 | 0,8 |
| Liège | 240 | 0,24 |
| Peuplier | 390 | 0,39 |
| Pin | 740 | 0,74 |
| Platane | 650 | 0,65 |
| Sapin | 450 | 0,45 |
| Teck | 860 | 0,86 |
| Liquides | masse volumique kg/m3 |
|---|---|
| Acétone | 790 |
| Eau | 1000 |
| Eau de mer | 1030 |
| éther | 710 |
| Huile d'olive | 920 |
| Lait | 1030 |
| Vin | 990 |
| Métaux et alliages | masse volumique kg/m3 |
|---|---|
| Acier | 7800 |
| Aluminium | 2700 |
| Bronze | 8400 - 9200 |
| Cuivre | 8920 |
| Fer | 7860 |
| Laiton | 7300 - 8400 |
| Magnésium | 1750 |
| Or | 19300 |
| Plomb | 11300 |
| Uranium | 18700 |
Notez la faible masse volumique de l'aluminium comparée à la plupart des autres métaux, c'est pour cette raison que dans le passé les avions étaient faits
d'aluminium.
| Terres, minéraux | masse volumique kg/m3 |
|---|---|
| Ardoise | 2700 - 2900 |
| Argile | 1700 |
| Calcaire | 2600 - 2700 |
| Craie | 1250 |
| Granite | 2600 - 2700 |
| Grès | 2600 |
| Kaolin | 2260 |
| Marbre | 2650 - 2750 |
| Quartz | 2650 |
| Pierre ponce | 910 |
| Porcelaine | 2500 |
| Terre végétale | 1250 |
Il est assez facile de mesurer la densité d'un corp solide à condition qu'il ne soit pas soluble dans l'eau.
On en déduit que le plomb a une densitée de 90/8 = 11,25 ; la température de l'eau étant de 18 °C.
Attention : le plomb est toxique ; ne pas utiliser l'eau ou le récipient pour boire. Se rincer les mains après manipulation.
On en déduit que le liège a une densitée de 12/52 = 0,23 ; la température de l'eau étant de 18 °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.
Pourquoi choisir l'eau à 4°C ? Il se trouve que lorsque la température de l'eau baisse, son volume diminue jusqu'à 4°C et augmente si l'on continue de refroidir jusqu'à la congélation. Dans le domaine des mesures, le fait de prendre comme référence une propriété physique qui passe par un extrémum est très intéressant : au voisinage de 4°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 4°C.
Cette particularité permet à l'eau tiède, à l'eau très froide et à la glace de flotter au-dessus de l'eau à 4 °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.
La densité peut aussi servir à quantifier la présence de certaines choses par unité de volume ou de surface.
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