Calcul de la densité de solides irréguliers

LES densité est une quantité qui relie la masse et le volume d'un matériau donné.
Il est donné par la formule: densité = Pâtes ou alors d = m
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L'unité de densité dans le système international est kg/m³, mais dans les calculs de tous les jours, les unités suivantes sont également utilisées: g/cm³, g/ml et g/l.

Ainsi, lors du calcul de la densité de l'eau, par exemple, il suffit de la placer dans un bécher et de mesurer son volume. Ensuite, nous pesons ce bécher avec l'eau et le réduisons de la masse du bécher, découvrant la masse de l'eau. Ensuite, il suffit de le diviser par le volume qu'il occupe.

Pour les solides ordinaires tels qu'un cube, la mesure de la masse est également facile, car il suffit de la mettre sur une balance. Le volume suit des formules mathématiques spécifiques qu'il suffit de calculer. Par exemple, dans le cas d'un cube, il suffit de multiplier sa hauteur par sa longueur et sa largeur pour trouver son volume. Ensuite, nous l'avons substitué dans la formule de densité.

Cependant, lorsqu'il s'agit de solides irréguliers (qui n'ont pas de forme géométrique définie), il n'y a pas de formules mathématiques pour calculer leur volume. Alors, la question se pose: comment calculer la densité de solides irréguliers?

Le mathématicien grec Archimède a été confronté à cette question au IIIe siècle av. Ç. L'histoire raconte que le roi lui a ordonné de découvrir si sa couronne était vraiment en or. Archimède savait qu'il suffisait de comparer simplement la densité de la couronne avec la densité de l'or, car la densité est une propriété intensive, c'est-à-dire qu'elle ne dépend pas de la quantité de l'échantillon. La densité d'un glaçon, par exemple, est exactement la même que celle d'un iceberg. Mais le problème était de déterminer le volume et, par conséquent, la densité de la couronne, puisqu'elle n'avait pas une forme régulière.

Un jour, alors qu'il se rendait dans une baignoire pour prendre une douche, Archimède remarqua que le niveau de l'eau montait. À ce moment-là, il eut une idée géniale et était tellement excité qu'il courut nu dans les rues en criant le fameux mot :Eurêka !

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Illustration d'Archimède et sa découverte

Ainsi fut découvert le Le principe d'Archimede, qui est utilisé pour mesurer le volume de solides irréguliers. Ce principe suggère le suivant: on mesure une certaine quantité d'eau dans un bécher, puis on ajoute le solide irrégulier et on observe le changement de volume que l'eau a subi, et c'est tout: cette variation du volume d'eau est exactement le volume du solide !

Le principe d'Archimède est utilisé pour mesurer le volume de solides irréguliers

Si cela devient plus facile, au lieu de simplement chercher dans la mesure du bécher le changement de volume, vous pouvez utiliser un tube de débordement, qui a une partie qui permet à l'eau de s'écouler du cylindre lorsque l'objet irrégulier est ajouté. L'eau de sortie est mesurée séparément.

Notez dans la figure ci-dessus qu'Archimède a mesuré le volume d'une barre de or pur qui avait la même masse que la couronne et a calculé sa densité (19,3 g/mL ou g/cm³) et a fait de même avec la couronne. A noter que le volume d'eau et donc le volume de la couronne et du lingot d'or n'étaient pas les mêmes. Cela signifiait qu'en réalité, la couronne n'était pas en or pur, c'était en fait un alliage.

Aujourd'hui encore, cette méthode est utilisée pour identifier des matériaux précieux tels que les bijoux. Si la densité d'un bijou réalisé avec un alliage métallique est supérieure à 14g/mL, cela indique qu'il est une pièce en or d'au moins 18 carats, composée d'environ 75 % d'or, 13 % d'argent et 12 % cuivre.

*Image avec copyright: néphtali / Shutterstock.com.

Par Jennifer Fogaça
Diplômé en Chimie

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FOGAÇA, Jennifer Rocha Vargas. « Calcul de la densité des solides irréguliers »; École du Brésil. Disponible en: https://brasilescola.uol.com.br/quimica/calculo-densidade-solidos-irregulares.htm. Consulté le 27 juin 2021.