Masse et volume

1. Deux propriétés de la matière

Tout objet qui nous entoure (une gomme, une bouteille d'eau, un ballon de foot) est constitué de matière. Pour décrire cette matière, on utilise deux grandeurs fondamentales :

• La masse : c'est la quantité de matière que contient un objet. Elle ne change pas si on déplace l'objet.
• Le volume : c'est la place (l'espace) qu'occupe un objet, qu'il soit solide, liquide ou gazeux.

⚠️ Attention à ne pas confondre masse et poids ! La masse reste la même partout (sur Terre ou sur la Lune), alors que le poids change.

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2. Mesurer une masse avec une balance

2.1 L'instrument : la balance

En classe, on utilise souvent une balance électronique. Elle affiche directement la masse en grammes (g).

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2.2 Protocole expérimental

1. Poser la balance sur une surface plane et stable
2. Allumer la balance et vérifier qu'elle affiche 0,0 g
3. Si ce n'est pas le cas, appuyer sur le bouton « Tare » (remise à zéro)
4. Poser délicatement l'objet au centre du plateau
5. Attendre que l'affichage se stabilise
6. Lire et noter la masse avec son unité

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3. Mesurer un volume avec une éprouvette graduée

3.1 Volume d'un liquide

Pour mesurer le volume d'un liquide, on utilise une éprouvette graduée (un tube transparent avec des graduations).

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3.2 Protocole expérimental

1. Poser l'éprouvette sur une surface plane
2. Verser le liquide dans l'éprouvette
3. Placer ses yeux au niveau de la surface du liquide (ni au-dessus, ni en dessous)
4. Lire la graduation au niveau du bas du ménisque (la petite courbe que forme l'eau en surface)
5. Noter le volume avec son unité (mL)

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👁️ Position correcte de l'œil pour la lecture :

          |  |
          |💧|  ← ménisque (courbe de l'eau)
    👁️ → |──| ← lire ICI, au bas de la courbe
          |  |
          |  |
          |__|
       Éprouvette

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3.3 Volume d'un solide par déplacement d'eau

Comment mesurer le volume d'un caillou ? On ne peut pas le verser ! On utilise la méthode par déplacement d'eau :

1. Verser de l'eau dans l'éprouvette → lire le volume initial $V_1$
2. Plonger doucement le solide dans l'eau → lire le nouveau volume $V_2$
3. Le volume du solide est : $V_{solide} = V_2 - V_1$

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4. Mesurer le volume d'air expiré par les poumons

On peut mesurer l'air qu'on souffle grâce à un montage simple :

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🫁 Poumons → 💨 Souffle dans un tuyau
                        ↓
              💧 Bouteille retournée remplie d'eau
                        ↓
              L'air pousse l'eau hors de la bouteille
                        ↓
              📏 On mesure le volume d'eau déplacé = volume d'air expiré

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Protocole :

1. Remplir entièrement une bouteille d'eau et la retourner dans une bassine d'eau
2. Glisser un tuyau sous la bouteille retournée
3. Inspirer profondément, puis souffler tout l'air par le tuyau
4. L'air entre dans la bouteille et chasse l'eau vers le bas
5. Mesurer le volume d'eau déplacé : c'est le volume d'air expiré

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5. Même volume, masses différentes — et inversement !

5.1 Des objets de même volume mais de masses différentes

Prenons trois cubes identiques (même volume) fabriqués dans des matériaux différents :

👉 Conclusion : à volume égal, la masse dépend du matériau. Le fer est plus « lourd » que le bois pour le même espace occupé.

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5.2 Des objets de même masse mais de volumes différents

Maintenant, prenons 1 kg de différents matériaux :

👉 Conclusion : à masse égale, le volume dépend aussi du matériau. Il faut beaucoup plus de place pour 1 kg de coton que pour 1 kg de fer !

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5.3 Comparer les matériaux entre eux

Sans faire de calcul compliqué, on peut comparer les matériaux :

• Un matériau qui est lourd pour sa taille (comme le fer ou le plomb) est dit dense
• Un matériau qui est léger pour sa taille (comme le bois ou le polystyrène) est dit peu dense

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📌 À retenir

1. La masse (en g ou kg) se mesure avec une balance ; le volume (en mL ou L) se mesure avec une éprouvette graduée.
2. Pour lire un volume, il faut placer ses yeux au niveau du liquide et lire au bas du ménisque.
3. Le volume d'un solide se mesure par déplacement d'eau : $V_{solide} = V_2 - V_1$.
4. Le volume d'air expiré se mesure en récupérant l'air dans une bouteille retournée remplie d'eau.
5. À volume égal, des matériaux différents n'ont pas la même masse : cela permet de les comparer (dense / peu dense).