Chapitre 2 · La matière
Masse et volume
Peser, mesurer un volume, convertir, et comprendre pourquoi l’huile flotte sur l’eau.
Le cours
À quoi ça sert ?
23 kg en soute, 100 mL en cabine
Avant de prendre l’avion, il faut respecter deux limites qui n’ont rien à voir : la valise en soute ne doit pas dépasser une masse de 23 kg, et en cabine chaque flacon de liquide ne doit pas dépasser un volume de 100 mL. Un oreiller est gros mais léger ; une bouteille d’eau de 1,5 L est petite mais pèse 1,5 kg. En cuisine, la recette demande 250 g de farine et 25 cL de lait : l’un se pèse, l’autre se mesure. Savoir distinguer masse et volume, et passer d’une unité à l’autre, évite bien des erreurs.
À retenir
Masse et volume : deux grandeurs différentes
- La masse indique la quantité de matière. Elle se mesure avec une balance et s’exprime en kilogrammes (kg) ou en grammes (g).
- Le volume est la place occupée. Il se mesure avec une éprouvette graduée (ou un verre doseur) et s’exprime en litres (L) ou en mètres cubes (m³).
- Gros ne veut pas dire lourd : 1 kg de plumes et 1 kg de plomb ont la même masse, mais les plumes occupent un volume bien plus grand.
À retenir
Les unités et leurs conversions
- Masse : 1 t = 1 000 kg ; 1 kg = 1 000 g ; 1 g = 1 000 mg. Exemple : 2,5 kg = 2 500 g ; 500 mg = 0,5 g.
- Volume (litres) : 1 L = 10 dL = 100 cL = 1 000 mL. Exemple : 33 cL = 330 mL ; 350 mL = 0,35 L.
- Volume (unités cubes) : 1 m³ = 1 000 dm³ ; 1 dm³ = 1 000 cm³. On passe d’une unité cube à la suivante en multipliant ou divisant par 1 000, pas par 10.
- Les ponts entre les deux : 1 L = 1 dm³ ; 1 mL = 1 cm³ ; 1 m³ = 1 000 L.
À retenir
Peser avec une balance
- La touche tare remet l’affichage à 0 avec le récipient posé : la balance n’indique ensuite que la masse de ce qu’on ajoute.
- Sans tare, on fait une différence : masse du liquide = masse du récipient plein − masse du récipient vide.
- La masse se conserve quand on transvase, quand on dissout du sucre ou quand l’eau gèle : rien ne disparaît, rien n’apparaît.
À retenir
Mesurer un volume
- Éprouvette posée à plat, l’œil à la hauteur du liquide, on lit le bas du ménisque (la surface creusée de l’eau). Valeur d’une graduation = écart entre deux nombres écrits ÷ nombre d’intervalles.
- Volume d’un solide (plein, non soluble) par déplacement d’eau : on le plonge entièrement ; volume du solide = volume final − volume initial. Un morceau de sucre ne convient pas : il se dissout.
- Volume d’un gaz par déplacement d’eau : on retourne sur une cuve d’eau une éprouvette remplie d’eau ; le gaz qu’on y fait arriver chasse l’eau. Volume du gaz = volume d’eau chassée.
Expérimente
Mesurer un volume par déplacement d’eau
Choisis un objet : la balance donne sa masse. Plonge-le : le niveau monte de son volume (lis le bas du ménisque dans la loupe). Le bouchon de liège flotte : enfonce-le avec une tige fine. Compare ensuite le cube d’aluminium et le bouchon : même volume, masses différentes.
| Objet | Masse | Volume | Masse d’1 cm³ |
|---|---|---|---|
| Les mesures s’inscrivent ici quand l’objet est entièrement dans l’eau. | |||
La balance indique la masse de la bille de verre : 15,0 g. L’éprouvette contient 50 mL d’eau. Plonge l’objet pour mesurer son volume.
Exemple
Masse et volume sont proportionnels pour une même matière
Pour une matière homogène, si le volume double, la masse double. Mais le coefficient dépend de la matière : c’est la masse d’un même volume.
- Eau : 1 L ≈ 1 kg, donc 100 mL ≈ 100 g et 1 cm³ ≈ 1 g.
- Huile : 1 L ≈ 0,92 kg, donc 100 mL ≈ 92 g et 250 mL ≈ 230 g.
- Aluminium : 1 cm³ ≈ 2,7 g ; fer : 1 cm³ ≈ 7,9 g ; liège : 1 cm³ ≈ 0,24 g.
- Air : 1 L ≈ 1,2 g. Un gaz a donc une masse, même faible.
À retenir
Comparer des matières, prévoir qui flotte
- Même volume : la masse dépend de la matière (100 cm³ de fer ≈ 790 g, 100 cm³ d’aluminium ≈ 270 g). Même masse : c’est l’inverse, la matière dont un même volume a la plus petite masse occupe le plus grand volume.
- Deux liquides non miscibles se superposent : celui dont un même volume a la plus petite masse se place au-dessus. L’huile flotte sur l’eau ; ce n’est pas parce qu’elle est « plus épaisse » ni parce qu’on l’a versée en dernier.
- Un objet plein et homogène flotte sur l’eau si un même volume de sa matière a une masse plus petite que celle de l’eau (bois de pin, liège, glace, bougie) et coule sinon (fer, granite, verre). Un bateau en acier flotte parce qu’il est creux et rempli d’air.
Attention
Réflexe : convertis avant de comparer (1,2 kg contre 950 g, c’est 1 200 g contre 950 g) et écris toujours l’unité. Au CM, tu as pesé, mesuré et converti en g et kg. En 6e, on attend davantage : convertir entre L, mL et cm³, mesurer un volume de gaz, utiliser la proportionnalité masse / volume et s’en servir pour prévoir l’ordre de liquides superposés ou si un objet flotte.
Les exercices
Niveau 1 · Découverte
Les bases, pas à pas.Niveau 2 · Entraînement
Les pièges classiques.Niveau 3 · Expert
Pour aller plus loin.