ARTheque - STEF - ENS Cachan | Sciences Physiques 5e collègesCollection Libres Parcours

Collection Libres Parcours

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seences

physiques

Classiques

Hachette

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-Collection Libres

Parc

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Madelein e BARB OU X

Profe sseur au Lycée Hélène Boucher - Paris. Robert BOURDON

Professeurau Lycée Marcel Roby - Saint-Germain-en-Laye. Madele ine MESMIN

Directe ur d'Études au Centre de Formation des PEGC de l'École Normale des Batignolles - Paris.

Michèle VERLHAC

Professeu r au Lycée François Villon - Paris.

Avec la coll abo r ation d'une équipe de professeurs de "en se i-gnement sec o nd ai re et de l'enseignement su pé r ieu r.

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scences

physiques

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Ce man uel est accompagné d'un ouvrage réservé au Professe ur où ce derniertrouvera les informa tio nsind ispen sa bles à l'utilisat ionduprésent ouvrage.

Les droits re ve nan t aux auteurs de cet ouvrage sont ve rsés il une Associat ion il but non lucratif dont la vocation est d'aider il renseignement des Scie nces Physiques,

c IQ18.Il;ochon e.

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L. kH doIl m,rs 0"0''''''''0' .'u, 'eml",d., "lio",•• , .13okl'oni,,'lo41.~'LI,",l'''rt.que 1<>.«>pi..0\1'ep'oou<

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PROPRIÉTÉS

PHYSIQ

UES

DE

LA M

ATIÈRE

Documents

6. Dilat atio n dessolides 8. Pourflotter 10. Quelques ba te aux 12. Po ur s'éle verdans J'air 14. Archim ède 15. La rech erchede l'or 16. La chaleuret le fro id

Ac

tivité

s

18. Es-tu capable de...'? 22. Dis po urq uoi... 26. Comme nt ça marche? 30. Attent ion! mystè re !

En

cyclopédie

32. Co rps flott ant s 34. Densimètres:

quelq uesexemples 35. Densité

37. Dilata tion 39. Masse volumiq ue 42. Po ussée d'Archim èd e 44. Propagat io nde la cha leur.

Isolation ther miqu e 45. Sources de chaleur

RÉACTIONS

CHIMIQ

UES

48. Familledufe r 50. Fami lle du soufre 52. Allumett es

54. Fa milledu ca rbo ne 56. Pétro le

58. Co mme nt reco nnaitrc certa ines espèces chim iques 59. Le cycle du soufre

60. Securite

62. Es-tu capab le de... ? 66. Dis pourquoi... 69. Comme ntça marche? 70. Att enti o n ! mystè re! 71. Attent io n !dan ger!

72. Conserva tion de la masse au co urs d'une réac tio nchimique 73. Corpscomposés

74. Corps simples 76. Éléme nt

78. Elérnent ca rbo ne gO. Éléme nt fer 82. Élément hydrogè ne 83. Element oxygè ne 83. Élément soufre 84. Espèce chimique 85. React ion chimique

SOMM

AIR E

ÉLEC TR

O-M

A GNÉTISME

88. Histo rique boussole

90. Utilisatio n de l'électro magné-tisme : électroménage r,jouets 92. Télépho ne. magné tophone 94. Aimants perm anents 96. Électro-aiman ts

98. Détecteurs de champ: I.L S., boussole

100. Alterna teu r de bicyclett e 101. Moteurs

102. Dispositifs de comma nde d'une lam pe à part ir dedeu x postes

104. Es-tu capa ble de...? 108. Dis pourqu oi... 110. Comment ça marche ? 114. Atten tion!dange r !

116. Aima nts

117. Aimant s el objets no n ai-mantés

119. Courant continu, coura nt alte rnatif

121. Courant électrique et aimants 123. Fabriq uer un aimant

124. Orient ation surlaTerre 125. Pôlesd'un aima nt

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ND EX

Les chiffres composésencaractè re grasindiquent le numéro de la page

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e terme estdéfini.

A

Acier. 118

Aiguille (ai ma ntée). 124 Aimant. 88-89. 94-95.116. 117, 118. 123. 125,126. 127 Aimantatio n. 118 Aimanté. 117. ID. 127 Alcoo mem:. 34 Allume tt es.52·53

Alte rnateu r de bicyclett e. 100. 120 Aluminium . 118 Analyseur.77 Arch imède. 14 Attraction .94.95.97.116. 117,118 B Ballo n-sonde. 33 Batea ux, 10.32 Bathyscaphe . II.33 Bilame.]8 Bobine, 121, 122. 123 Boussole . 89.99 . 124 C Cha leu r. 46 Cha mp magnétiq ue,117. 118. [23. 124 Chlo re,60 Co balt. 118 Comb ustio n.79

Commuta te u rva-et-vient,103 Compositi on de t'air.83 Conduction.44

Conservatio n de la masse . 72 Conservation deséléme nts. 86 Contract ion . 37

Con vection.44 Co ule urde flamme .58 Courant alte rnatif. 119. 120 Coura nt contin u. 119. 120 Corps compos es .73 Corps ûona ms.32 Corps simples. 74 Cycle du carbone.78 Cycle du soufre. 59 D De nse .36 De nsimètre.32.34 Densité,35,36 Dét ecte ur du champ magnétique. 98.99 Dia mant. 55, 74 Dilatatio n. 6.37 Dioxyd e de carbone. 72.73 Dioxyde de so ufre. 60. 73 E Electro-ai mant. 90. 92. 93. 96. 97. 122, 113 Élément. 76

Élément ca rbo ne. 78 Élément fer.80 Éléme nt oxygène. 83 Elémeruso ufre .83 Espèces chimiq ues. 84 F Famillede carb o ne .54,55 Fa mille du so ufre.50, 51 Ferrites.ulS G Graph ite, 55,74 H Ha ut fournea u,48.49.80 1 Ice be rg. 8.32

Isolation therm ique. 4S I.L.S.,98 L La ito n. 118 M Magnétique . 117. 118, 123, 124 Maiso nso laire. 16 Masse volumiq ue .39.40. 41 Mono xyde de carbone. 60.73 Montgolfière. 12,33 Moteurélectriq ue.91. 101. 11) N Nickel. 118 No mdes corpsco mpos és .74 Noyau . 122

o

Or. 15 Orientatio n. 124 Ozo ne.74 p Pèse-acide.34 Pèse-la it. 35 Pèse-sirop. 35 Pôles, 121. 122, 125. 126 , 127 Po ussée d'Archimèd e, 32.42 Produitsextra itsdu pétrole.56. 57 Propagation de la chale ur. 44 Proprietes ca ractéristiques,84

R

Rad eau,9 Ra yonnem ent,45 Réactio nchimique.85 Ré frigérateur. 17 Répulsion. 116, 117

S

Sécurité.60. 61 Sod iu m. 60. 75 Sourcesde cha leu r,45 Sous-ma rin. 10.33 Sulfure.d' hyd rogène .59. 76 ,83 Sulfu re de fer. SI. 59. 72.76, 86 T Télérupteur. 102

Test élément carbone.80 Test élément fe r.81 Test élé ment hydrogène. 82 Trio xyde de soufre. 73. 74.84

PROPRIÉTÉS PHYSIQUES

DE LA MATIÈRE

docum ent

s

6-17

activités

18-31

e

ncyclop édi e 32-46

2

PROPRIËTËSPHYSIQUESDE LA MATIÈRE

d

ocum ents

1

/

la

hauteur de la Tour Eiffel est de 300 m.Elle est faite d'unassemblage de poutres d'acier.Parsuite de la dilatation, sa hauteur peutvarier de15 cm environ entre un jour d'hiveret une bellejournée d'été. Bien entendu celane se voitpas! 2/OIéoduc qui traverse l'Alaska. les constructeurs lui ont donné cette forme sinueuse à cause dela dilatation due aux grandesdifférences detempérat ure.

d

ocuments

1/Pont métalliq ue(vue d'ensemble). 2/DétaiL On voitune des extrém itésoùle «tablier»repose sur desrouleaux.

3

1

Joints entre deuxrails de grande lon -gueur: les deux extrémités en biseau ne se touchent pas: elles ne sont pas jointi-ves.

2

3

8

PROPRII:TI:SPHYS IQUESDE LA MAT1ËRE

document

s

1/Péniches bloquées par les glaces un jour d'hiver. On remarque que les péniches ne s'enfoncent pas dans l'eau de la même façon.

2/lceberg.

Noter la taille de la partie émergée par rapport au bateau. Cette partieémergée n'est qu'une toute petite partie de l'ice-berg.

l/Radeaufait d'unassemblagede troncs de balsa.les troncs sont simplement atta-chés avec des cordes. Des radeaux comme celui-ci peuvent traverser le Pacifique. 2/Bambous et bois flottants sur la rivière Quevedo (Équateur. Amérique du Sud). A l'arrière-plan un radeau fait de troncs liés. Devant Huttent des bambous creux.

document

s

2

PROPRII:TI:.SPHYSIQ UES DE LA MATIÈRE

documents

antennes

périsco

pe

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2

chambre des

machine

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ballasts

logemen

ts

allasts

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ocuments

2

ré

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réservoir d'eau

lest

(morceaux de fer) réservoir d'essence

lest

(morceaux de ter]

réservoir

d'eau Page11 l/Bathvscapheen plongée. 2/Schema du bathyscaphe. Page 10

1/Pétrolie rsdans le portdeFos. 2/Schéma du sous-marin.

3

1

Sous-marin commençantàplonger.

logement

s

PROPRIET f.s PHYSIQUESDE LA MATI ER E

d

ocuments

Le

s

premie

.

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res

a

scensions

en ball

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document

s

Page 12

Départ de la montgolfière teau delaMuette.

Page 13

de France de ballons libres

l.- Toise:ancienne unitéde longueur valant environ 2 m.

2

PROPRleT I?SPHYSIQU ES DE LA MATIÈRE

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1/Chercheurs d'or dans l'Ouest des États-Unis d'Amériqueau XIXC_siècle. 2/Pépite d'or.

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2

16 2

PROPRltTÉ SPHYSIQUESDE LA MATltRE

document

s

1

1

Constructiond'un igloo,ou comment se protéger du froid avecdelaneige1

2

1

Une maison solaire.

le mur Sud de la maison est en béton épais. Il est peint en noir. Il Va une couche d'aird'environ 20 cm d'épaisseur entre le mur et les panneaux de verre que l'un voit SUIla photo.

le rayonnement solaire chauffe le mur. l'air s'échauffe au contact du mur, se met à circuler par convection et chauffe ainsi la maison.la nuit,l'airest enfermé, c'est le mur qui donne à la maison la chaleur qu'il a emmagasinée pendant le jeur.

1

I

Le

schéma montre le système qui permet

d'avoir à l'intérieur du réhigé rateur une

température assez basse.

2/Schéma d'installation de chauffage central.

documents

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17

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8

PROPRIËTËS PHYSIQ UES DE LA MATlt-RE

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~Q.bl'?-1 Deux ve rres ide ntiqu es sont coincés l'un dan s l'autre.Comme nt le!' sépa re rsanslescasser? ~

2 Dansdes ampo ulesd' écl a irage électr iq ue. desfilsmétall iqu esen pla

-tine ou platinite tra versent le support central en verre. Ils sont soudés

au verre. En t'aida nt du tableau de lapage 41. cs-t u capable de trouver pourquo i on a chois i le plat ine ou laplatinit e pourlessouder auverre?

J Vo ic i un therrno rnètre à me rc ure et un the rm omètre à alcool. On

vo it sur la figure les deu x rése rvoirs. On voitaussilesdeux tubesocc

u-pés par l'a lcool ou le mercu re lo rsqu e ces liqu ides se dilat e nt. Es-tu

ca pable de dire. en regard a nt les tubes grossis à la loupe. si c'est le

tube nO1. ou le tube nO2, qui est ce lui du thermomètre à alcool.

Che rc he dansl'Encyclopédie.Justifie ta reponse .

4 Regarde le table a u des températures rele vées sur les différent s ther

-momètres A. B. C. D. E. placé s dans la pièc e. Réfléc his el trouve

pour chaq ue thermomètre la tempera t ure qu'il indique. Justifie ta

reponse.

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5 Orio n a un jeu: •le petit minéralogiste ». Il Y a dans sa boît e une roch e qUII ne con naît pas. La règle du jeu lui indique de mesurer la masse volu miq ue de la roche. Quels appareils va-t-i l utiliser ? Iltrouve

la masse : 275get le volume: 106 cm'.

Quelle est la masse volu miq ue de la roche'! En co nsulta nt le tableau

de sonjeu. peut-ildire le nom de la roche?

6 Voici trois flacon sA, B.C. Les cliquettes co rres po nd a nt

à

ces flacons so nt SUTla table avec d'autres cliquettes . Orion ct Dec ibe l mesurent

les masse s volumiq ues . Néon ecrit leurs résultats au tab lea u.(Regarde l'Encyclopédie. p. 41). Que lle étiq uett e rnenras-tu sur le flacon A, le flacon B. le flacon C?

B C

7 Un glaçon flott e sur l'eau . La mesure de son volume est égale

:

1

10 cm}. Pour le fabriq ue r a-t-on pris : 10 cm' d' ea u ? plus de 10 cm' d'e a u? moins de 10cm) d'cau?

Justifi e ta réponse .

8 La navigation dans les régio ns polaires est dangereuse. Le s navires

risquent de déchirer leur coq ue su r la partie immergée des icebergs.

Cette partie imme rgée a un volume 9 fois plus gra nd que la partie

visib le .Expliq ue pourquoi la partie immergée estsi importante.

9 Déc ibe l veut savo ir si so n bracelet est en argent. Elle fait les cxp

é-rienee sdessin ées ci-d esso us:

obsidiennelenviron2600kg/m3 gabbro environ2900 kg/m3

anthraci te environ 1 600 kg/mJ

Ca lc u le la masse du bracelet. so n vol ume. ct la densitédu métal avec

lequel est fait le bracelet. Répo nd s à la ques t io n que s'es t posée Dé c ibel. Rega rd e dans "Encyclopedie,

PROPRIËT ËSPHYSIQUESDE LA MAT1ËRE

acti

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10 Orio n et Décibel doivent tro uver la masse vo lumiq ue de ce ll e sphère cl de cc parallélépipède faits avec la mêmesubstance. Expliq ue co mme nt Orio na raison né pour trouver la massede so n blo cmétalliq ue

sans avoir besoin de le pese r.

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PAS LA

PEiNE OE MESURER LA MA~5E...

Il L'h uile de vaselin e ne se melan ge ni avec l'eau. ni ave c l'alcoo l. Pe ux-tu pré voir si l'huile de vaseli ne va couler ou va flotter lo rsq u'on en verse un peu dans de l'alcool? dans de l'e au ?

Cherche p.41.

12 Comment fe rais-tu pour faire flotter une goutt e d'huile de vasel ine dans un mélange d'eau el d'alcoo l ?

13 Le liquide dan s leque l e st plong é le densim èt re est-ilplus ou moins den se que l'ca u? Explique.

14 Orio n prend un cube fait avec une substance incon nue.

Il mesure sa ma sse cl trouve:11/ = 614g. Il mesur e so ncôté el rrouve : 8 cm.

Calcule le volu me du cube. pUI S essaye de prévoir si Orio n pourra faire flou er so n cube sur t'ca u.

15 Essaye de trouver plusie urs façons qui permeuent de fai re couler un bidon vide el bouch é quand on lejette dansde l'e a u.

16 On veut refai re les poids d'une ho rlog e ancienne. Ce spoidsdoive nt

ëtre lourds maispas tro p encomb ran ts pour tenir dans la caisse , Parmi ces substa nces: aluminium, ac ier. bois, cu ivre. laquelle - ou lesqu e lles

- peut-on employer ? ---.

17 L'hydrog ène est-il plus dense que l'a ir? (Po ur rép o ndre co ns ulte

le tableau, p. 41.)

Es-tu capable de

.

.. .

;J

activités

18 Une echarpe de la ine peul servir avec succ ès il:

retarder la fusion d' une boult: de neige:

chauffer le biberon de bébé:

empêcher le biberon de sc refroidir: empêcherd'avoir fro id il la gorge.

Ind ique la - ou les - phrases qui le pa raisse nt correc tes. Expliq ue

po urq uo i.

19 Qua nd lesfersÙ re passe r navuient pas de the rmos ta t.les repasse uses approchaient le fer il que lques centimèt res de leur joue. Alor s clics

savaien t si le Fer n'etait pas trop chaud.

Explique comment la chale ur parvenait il la joue de la re pa sseu se .

21 Cite les isolant s utilisés:

quand on pose des doubles fenêtres:

quand on met deux pull-avers l' un sur l'a ut re :

quand on utilise un torchon pourso rtirun plat du fou r de la cuisi niè re: quand on dort dans un sac de couc hage :

quand on transporte une crème glacée.

20 Orio n ne peut pas ouvrir par ce que l'huile de

Que peut faire Orion pOUT rendre l'huile liquide"?

la se rru re est figée .

-->

22 Que peuvent fa ire Orio n ct Déc ibel pour améliore r l'is o lation ther-mique de la pièce?

PROPR IËTËS PHYSIQUES DE LA MATII::RE

ac

tivité s

Dis pourquoi...

2J Les rails de che min de fer ne sont pas jo inti fs(vo irdo c ume nt p.7).

Po urquoi?

24 Regarde les dessins.

En versant de l'cau chaud e . Dec ibela reu ssiilouv rir la boîte. Pourq uo i?

25 Que lq ues toit u res so nt faites avec des feuilles de zinc. Ces feu illes ne sont pas fixées sur tout leur pourtour. Po urq uo i?

26 Le s lon gs tUY" UX qui transpo rte nt des subs ta nc es très chaudes pr

e-sent ent so uve nt des bou cles com me celle -c i. Po urq uo i'! -4

Le rivet chaud est misenplace. 27 Pou r asse m b le r de s plaques

Voici co mment on fait.

Le rivet ,

àposerest chauffé.

métalliques on pose so uve nt des rivets.

Onaécrasé latête durivet. Lerivet refroidi. ~A

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W

ffd!

IVW

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22

Qua nd le rivet est refroidi les plaques sont assembl ées très fortement.

Pou rq uoi?

28 Un flacon est fermé avec un bouchon en ve rr e. Le bouchon est co incé .

Néon dit : •ilfau t cha ufferle goulot '.

- Dec ibel dit :•ilfaut chauffe rle bouchon '. - Orion dit:•ilfa ut chauffer lesdeux •. Qu ia raison? Po urq uoi ?

Dis pourquoi ...

29 Rega rd e Orion cu train de pêcher. La ca n ne eSI en bambou ou en tube de fibre de Ye rre . le bouch on eSIen liège. desplombs sont accro

-chés au fil. Chaque part ie est faite avec une substan ce différ ente. Po urq uo i a-t-o n choisi ces différentes substa nc es? ---7

30 On pose parfois celle questi on: •Qu'est-ce qui est le plus lourd : un kilo de plume 011un kilo de plomb? Po urq uo i n'a-t-ellepasde se ns?

31 Po u rq uoi les masses marquées inférieures au gramme sont-e lles faitesen aluminium? (Voir p. 41.)

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ac

tivités

32 Da ns une bouteil le de la it non écré mé qui na pa sétéagitée pendant un certa in temps. on voit la crème il la su rface du lait. Pe ux-lu dire pourquoi'!

33 Quand on veut se servir d'une vinaigrette préparée il. l'a van ce. il faut la remu er pa rc e quo.: l'huile est au-dessus et le vinaigr e au fond.

Pourq uoi l'huile et le vina ig re se placent-ilsde celte façon ? --t

34 A l'embouchu re des neuves on peut constater que l'cau douee du neuve reste ensurface. Pourq uo i'!

35 Da ns certa ines gro lles d'Auvergne il y a beaucoup de gaz ca rbo-nique (dioxyd e de carbo ne ). L'une d'elles est appelée . Grotte du Chien . parce que leschiens yétouffent mais pas les hommes"Po urq uo i'!

36 Po u rq uoi les cassero les de camping sont-elles toujours fabriquées avec des fe uillesd'aluminium assez mince s?

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EST ASSEZ.

CHARGÉ! PRENDS UNE

CASSEIl,OLE SPÉCiALE."

PROPRIËT ËS PHYSIQUES DE LA MATIÈRE

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37 Dis pourquoi Orion va pou voir remonter; Néo n va pouvoir descendre:

Décibel va pou voir rester où elle est.

(Compareàchaque fois la pou ssée d'Arch imède au poidsdu plongeu r.) Cherche dan s l'Encyclop édie.

ac

tivité

s

38 Pourq uoi surcertai nes bouteilles est-il écri t :• Bien agiter avant de s'en servir»?

39 Sur la mer Morte (me r intéri eure au Moyen natter sa ns avoir besoin de nage r. Po urq uoi?

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40 En mer, lorsqu'une baleine éta it tuée, pour la ramener plusfa cile-ment, on injectait dans son cor ps de l'air comprime . Alors clle flo u ait . Pourquoi"

41 Po ur étudier la faune ct la flore des flaqu es que l'on tro uve prèsdu bord de la mer. les biologistes font régulièrem ent des prélèvem e nts d'e au.

Les dessins I. 2 ct 3 representent le même densim ètr e mis su ccessive-ment dans trois prélèvem ents différent s. Dis pourquoile densimèt rene s'e nfonce pas de la mêm e façon dan s chacun des troisprélèvements. Dis quelle est l'eau plus sa lée que l'eau de mer. et l'e au moins salee que l'eau de mer.

Dis pourquoi ..

.

activité

s

42 Po u rq uo i une cuillère en métalqui sc trouve dans une boisson très chaude devient-elle rapidement brûlante'? Est-ce la même chose pour une cu illè re en plastique'?

43 La table en bois. la règle de métal. et t'équerre en matière plastique sont-e lle s il la même température '! Pou rq uo i?

Quand tu les touches. il te se mb le que la règle en métales! plusfroide.

Essaye de dire pourquoi.

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rI

44 Lesradiateursde cha uffag e centralso nt souvent encombrants. Po u r-quoi les mel-on Cil bas, près desfenêtres. et non pas près du plafond'?

4S Po urq uo i, dans les pays nordiques. la plupart des animaux ont-ils une fourrure plus épaisse en hiver qu'en été?

46 Pourquoi Orion el Décibe lont-ils plus cha ud que les nomades ?

47 Po urq uoi la même bouteille thermos peut-elle se rvir il gard e r les boisso ns froides ou les liq u id e s chauds'! ---)0

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26

PROPRIËTËS PHYSIQUES DE LA MATIËR E

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Comment ça marche?

4M Le ro uleau fa it avec une feuille d' alumin ium ne bouge pa s su r la plaque cha uffant e . Le rouleau fa it ave c du pap ier métall isé (e mba llage de gâtea ux sec s) se dér oule quand on le plac esur la plaque cha uffa nte . Explique pourquoi.

49 Rega rd e le sché ma du fer électrique. Lo rsq ue la température est tro p élevée. la bilame interrompt le passage du co uran t. Comment'!

50 Le schéma ci-de ssou s représente un dispo sitifde sécurit é à bilame

(par exemple un avertisseur d'incendi e). Leq ue l desdeux métauxdoit se dilater le pius?

-51 Le thermomètre (dess in n'' 1) est un the rmomètre méd ical. Si le thermomètre n'a pas été sec o ué depuisque le malad e a pris sa temp é-rature. on peut lire celle-ci à n'import e quel mome nt. Il suffit de

regarder la grad ua t ion de vant laquelle se trouve le mercure. Regarde bien le dessin n'' 2. Expliq ue comment ça mar che.

~

VJ

Comment ça marche?

52 Une . sonde. de radiateur il gazest un appareil qui permet deco u-per le gaz quand la températ ure est assez élevée. Pour que le gaz

n'arrive plus et que les brûleu rs s'a rrête nt de chauffer. il faut que

l'obturateur métalliq ue mobile bouche le trou d'arrivée du gaz.

pointôappui mohile

r

arrive, ~ du gaz

Sonde de radiateur ligaz

Explique com me nt cc dispo sitif permet d'et eindreautomat iquement les

brûleurs il partir d'une ce rta ine température.

53 Rega rde bien cen e sauc iè re. Explique pourquoi on peut obtenir s ur-tout de la sauc e grass e ou su rto ut de la sauce maigre. su iva nt le côte

par lequel on verse. ~

54 Rega rd e le schéma du sous-ma rin p. 10. Expliq ue comme nt il fait

pour desc e nd re , puis pour remonte r.

SS Rega rde le sché ma du bathyscaphe p. Il. Expl iq ue com me nt ilfait

pour descendre. puispour remonter.

56 A quo isert la cein tu re lest ée du plongeurso us- ma rin?

a

ct ivité

s

57 Regarde ce ve rr e dans lequel Néon enfonce une éc or ce d' orange. II

dit à se s ca marades: •sa ur iez- vo us faire monter le vin qui est au fond

du verre au-dessusde l'écorce sa nslouc her au verre ? ~

J'h'~i~oouis OELI)(. PAiLI..ES DE CETTE F....'i-0N DANS

L'ÉCORCE O'OR.ANQE ..•

RE&AROE"Z.•• . UN

PEU a'EAU .•.

\S

PROPRl t T t S PHYSIQUES DE LA MATIËRE

Q

Comment ça marche?

58 En regardant le sché ma, explique ce qui permetil lacuve de nepas

déborder. Que se passe -t-il quand on actio nne le mécan isme d' ouv er

-ture du rése rvoir ve rs la cuve tte'!

59 Un moteurd'automobile doitêtre constam ment alimenté en esse nce mais en petite qua nt ité à la fois. Expliq ue comment le carbura te ur représentésur le sché ma permet d'avoir peu d'essenc e il la fois.

diffuseur

a

c

tiv

ités

l. - Chassed'eau flotteur alimentation :---eneau lM

l

versIl cuvette

'

.

flotteur

cuve à ni

veau

c

onstant

60 Laq uelle des deu x balle riesest cha rgee? Regarde p.34,

PPOP-n:_Moi UNE. 'Bl'\TT!.RI E., rAi s AT T" E.w'TiOH : PR;lô.NOS CE.LLE

qu i E~" C.~A.R(i:ÉE ' apillon moteur

---->

œ

2

28

61 Certains ballons, dits ballons libre s, peuvent contenir despassag ers

[voir p. 13).

Dans la nacelle se trouve du lest (sacs de sable) . L'e nvelo ppe est

go nflée avec un gaz moins dense que l'air (hé lium ou hydr ogène) . Au

so mmet de cette enveloppese trouveune so upa pe qui pe r met de la isser

échap per un peu de gaz,

Expliq ue comme nt l'aéronaute pe ut faire pour monte r ou pour de s-ce ndre.

62 Rega rde le sché ma du circ uit de refroidi ssement du réfr igérateur

(document p. 17). Ind iq ue à quel endroit lacha leurent re danslecirc uit ct il quel endroit elle en sort. (Pense que l'arrière du réfrigérateurest chaud.)

~

Comment ça marche?

63 Da ns un chauffe-cau, l'eau circule dans un tube de cuivre nomme

serpentin. La flamme du gaz cha uffe le bas du se rpe ntin. Explique comme nt toutel'cau du se rpe ntin peut être ainsi chauffée. ~ 64 Orion, Décibel cl Neo n ont décid e de construire une glaciè re. Ils réfléch isse nt

à

ce quïlleur faudrait.

A quoi peuvent servir les différents matériaux auxquels ils pensent?

Ont-ilscommis des err e u rs dans leur choix'! Pou rq uo i'!

a

c

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ivités

ser entin

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Ou CAR'TON "DU

PAPiER _ALU""'Niu~,

UN COUVERC.LE. '"

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UN.E AUTRE. CAiSSE.

UN PEU PL.US §rRANDE,

DU PoLYSTyRENE..·

UNf:.

COUVERTUP.E₁ DU

PAPIER JOURNA\.. ...,

65 Les plongeurs sous-marins tre m pent leur combinaison dans l'eau avant de l'enfiler. Ils ont ainsi une couche d'eau entre leur corps et la

comb ina iso n. Comment cela leur perme t-il d'avoir moins froid dans l'eau'?

66 Quand le moteur d'une automobile to urn e , il s'ccbaurfe . Po ur

empêcher qu'il chauffe trop, le co nst ruc te u r a prévu un systè me de refroidissement (il liquide. ou parfois sim p le me nt il air). Comment le

liquide ou l'air permettent-ils de refroidir le moteur?

67 Da ns le commerce, de nombreux emballages sont fa its avec de s matières plastiques. S'ils so nt cassés, on s'aperçoit, en regardant la

cassure, que certains sont compacts ct que d'autres (le polystyrène

expansé, par exemple) sont formés de petits grains. Chaque grain

ren-fe rme de l'air. Lequ e l de ces plastiques fau t-il préfére r si on veut l'utilise r comme isolant thermique? Just ifi e ta réponse.

PRûl' RIËT ËSPHYSIQUESDE LA MATlt:R E

Attention ! Mystère!

68 L'he ure du thé! Sur la table il y a un verre en pyre x et un verre ordina ire . En quoi est fait le verre quis'est cassé'! Che rc he au moins deux raiso ns qui permette nt d'expliqu e r cela [voir p. 38 el p. 44). Connais-tu un mo ye n qui aurai t pu empêche r cc verre de sc casser?

69 Decibel veut faire une expérience montrant qu'un liquide sc dilate. Pourquoi Déc ibelest-clic éto nn ée de vo ir le liq uide descendre dans le tube au moment Oll elle plonge le ballon dans l'cau chaude?

Explique ce qui s'est passé. Décibel pourra-t-elle quand même faire son expérience '? rAisONS oiLATE.R CE L\QuiOE ... o o

.

•..

70 Orio n veut fa ire une expérience montrant qu'un gaz scdilat e.Po u r

-quoi Orion est-il éto n né du résultat ? Exp liq ue po u rq uo i lcau monte dans le tube.

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3

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rÂISONS D·l\..Il.TER

l'AiR p.,VEC ME.S MAiNS•• •

QUELLE CI\ALEUR. NETTOYONS_NOUS O'AIIORO

LES MAiNS AVEC CETTE 1I0HNE. EAU

F!\AÎCI\E...

,

Attention! Mystère!

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ctivités

71 Qu'a pu verser Orion po u r que l'œufIlou e"

72 Orion a prepar e une glace authe su iva ntcett e recett e : faire infuser du thé dan s un litre d'eau, ajo ute r SOO g de suc re Cl le jus de de ux citrons. Le siro p obtenu par Orion a bien la densité indiquée sur la recette : 1,14 . Pe nd a nt qu'il n'est paslà. Déc ibe l ajoute quelque chose dan s le sirop. Quand Orion revient. il s'ape rço it que le pèse-sirop n'indiqu e plus que 1,10. Déc ibe la-t -elle ajo uté de l'cau ou du suc re?

73 Tu ve ux verse r dans un bocal des liquides les uns au-dessus des aun es co mme surle dessin.

Tu as de la glycé rine . de l' alcool. de l'huile et de l'eau . Dan s que l ordr e vontse place r ces liqu ides ?

La glycé r ine. l'alcool ct l'eau so nt miscible s. Comment dois-tu ve rser

les liquide s pour quils soient bien sépa res?

(Si tu veux un boc a l décoratif, tu peux mettre un colorant dan s cha cu n des liquides.)

74 Néo n fait flotter une boug ie sur l'eau. Il leste la bougi e d'un gros clou pour qu'e lle reste bien ve rticale .

La bougie brûle et diminu e rég ulièrement au milieu. Elle ne s'en fon ce pasdansl'cauct brûlejusq u'a uclou.

Po u rquoi la bougie peut -elle flouer jusq u'a u bout alor s que le clou est lourd '!

Com me nt cela est- il po ssible '!

PROPRIËTËSPHYSIQUES DE LAMATIÈRE

~

Corps flottants

DANS UN

LI

Q UIDE

• Un morceau de verre lâché so us l'eau tombe au fo nd. Au contraire un bouchon de liège lâché de la meme façon remanie : arrivé

à

la su

r-face il flotte. On peut prévoir ce résultat : ces objet s sont fait savecdes substa nce s dont on cannait la masse volumiq ue [voir p.41J.

• lorsqu'un objet ûctte. lapouss ée d'Archimède[voir p.42)qu'il subitest égale au poids de cet objet. Une pa rt ie de l'objet se trouve dans l'eau: on dit que cette partie est immergée, L'a utre panic so rt de l'eau: on dit qu'elle émerge.

Qu

elques e

x em

ples de

co

rps fl

ottant

à

la

s

urface de l'

eau

• les icebergs: ils sont formésde morceaux deglac e ve nus desglaciers

polaires. La masse volumiq ue de cette glace est plus petite que celle

de l'eau de mer. Quand l'iceberg flotte, sa partie immergée a un vo

-lume neuf fois plus grand que celui de la partie émergée. La parti e

immergée est dange re use pour les bateaux car elle est grosse et on ne

voit pas sa forme.

e

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cyc

l

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32

• les bat eaux : si un batea u peut ûouer. c'est que la poussée d

'Archi-mède que l'eau exerce sur lui est égale au poids du bateau .Si le poids

du bateau est grand, le bateau s' e nfo nce beau coup; ilocc upe la place d'un grand volume d'e a u : alors la pou ssée d'Archi mède est assez grande et est égaleàso n poids. Lacoq ue du bateau a un grand volume.

Comme cette coque est creuse, son poids n'est pas trop gra nd, même si les substanc es qui ser vent à faire le bateau ont une grande densité.

Un bat eau flotte-t-il toujoursde la même façon?

Lo rsq u' une péniche n'est pas cha rgé e. elle s'e nfo nce très peu dans

l'cau. Qua nd on charge la péniche son poids augmente. Elle s'enfonce

de plus en plus dans l'eau. La partie immergée de la péniche devient

plus gra nde. La poussée d'Archimède augme nte donc et reste tou- Docksflottants. jou rs égale au poids de la péniche.

• les densimètr es: On enfe rme des petites billes de plomb au fond

d' un densimètre pour qu'il none en sc te na nt droit dans un liquide.

Son poids ne change pas. Qua nd il natte dan s l'eau, on repère

l'en-droit où la tige sort de l'ea u cl on marque un: 1 (la densité de l'ea u) ou mille: 1(XX) (la masse volumiq ue de l'eau en kg/m l)(voirp. 39).

Oua nd on place le densimètre dans un autre liquide. si le liquide est

plus dense que t'eau. le de nsimètre s'e nfo nce moins. Si le liquideest

moins de nse que l'eau, le densimètrc s'enfonce plus [voirp. 37). Po ur chaq ue liqu ide , on repère l'endroit où la tige so n du liquide et on marque la valeu r de la densité ou celle de la masse volumiq ue.

Qua nd l'apparei l est gradué, on peut l'utiliser pour connaître la densite

Autre

s

exemples

Il arr ive que des corps puissent rester dans l'eau sa ns qu'un e partie éme rge, et sa ns qu'ils touch ent au fond. Ils sont comp lète me nt imme

r-gés.

• Le sous-marin: c'e st un batea u ca pable de naviguer so us l'eau . Il possède de gra nds rése rvo irs, les ballasts, qui sont rempl is d'eau

quand le so us-marin de scend . Pour que le sous- mari n re mo nte. on envoie de l'a ir co mpr imé qui chasse l'eau des réservoirs. Le volume du sous-ma rinchange don ctrèspeu;la pousséed'Archimèd ene cha nge presque pas. Maisle poidsdu so us- ma rin diminu e qua nd lesréservoir s se vident d'eau et se remplissent d'a ir.

• Le hathyscaphe : c'est un véhicul e de stiné Il explo re r le smer s.

- Il compre nd un flotteur et. en dessou s, une petit e parti e réservée à l'habitation . Il est éq uipé de moteurs électr iq ues . Il doit pouvoir rester à une pro fonde ur précise. Son volu meestconstant. Po ur monter ou descendre, ilfaut change r de poid s. Dan sle flotteur ily ades ré ser-voirs qui con t ienne nt de l'essen ce. La masse volum iq ue de l'e ssen ce

est plus petite que ce lle de l'c au. Cett e essenc e permet don c

à

l'ap

pa-reil de flott er.

- Pour desc endre on fait rentrer de l'ea u de me r dans les rése rvoirs

du flott eur. Le poids aug me nte.

- Le ba thysca phe possède du lest formé de petits mor c eau x de fer ret enus par un élec tro- a ima nt. Quand on coupe le coura nt. le fer n'est plus att iré par l'éle ctro-aimant et se détach e. Le po ids diminu e,l'

appa-reil remo nte.

DANS UN GAZ

Certa ins ballons flottent dans l'air. Ils ont un gra nd volume et sont

go nflés avec un gazmoinsdense que l'air(voir documents pp. 12 et 13). • Ballon-sonde : l'envel opp e ct les instru men ts seuls ne pe uven t flotter.

Pour la nce r le ballon, on go nfle l'envelop pe avec de l'h ydrogè ne ou de l'hélium, gaz de masses volumiq ues bien plus faibles que celle de l'air. Le volume de vient très gra nd mais le poids augme nte très peu. Le

ballon monte. A une trè s haute alt itude, qui peut être de que lq ues diza ines de kilomètres, l'e nvel opp e éclat e. les inst ruments to mbent.

Pour éviterqu'ils ne soient cassés, on les a munis de pa rach ut es.

Ballun-scnde.

,

enc

yclo

p

édie

• Montgolfière: c'est une gra nde envelo ppe ouverte vers le bas; on

fa it entrer de l'air cha ud dans l'en veloppe. So n volume augmen te . La

pou ssée d'Arch imèd e augmente. L'a ir cha ud est moins den se que l'air

froid, le poids de la montgolfière de vie nt plus petit que la pou ssé e

d'Archim ède , le ballon monte . Dans les mo nt golfières mod ern e s on place dans la nacelle un dispositif de cha uffage (gaz propane ), qui permet de régler la tem pérature de l' air de ren vel oppe par rapport

à la températu re extér ie ure. On comma nde ainsi les mo uvements en

altitude [vairp. 13).

PRO PRIËTES PHYSIQU ESDE LA MATIËRE

e

ncyc lopé d ie

Densimètres

:

quelques exemples

34

• Comme so n nom l'indique le densim ètre est un ap pa re il co nst ruit

pour mesurer la de nsitéd'un liquide (ou sa masse vo lum iq ue:voirp.39)_ On fabrique des de nsim èt res spéc ia ux pour l' étude de différentes so rtes de mélange.

On plonge le densimètre dans le mélange. On mesure la den sit é (o u la masse vo lum iq ue du mélange). On peut alors savo ir co m me nt il a été préparé.

L'AL

COOMÈTRE

• C'est un de nsir nètre co nstr uit pour mesurer la den sité d' un mélange

d'alcool etd'eau .

L'alcool a pourde nsité0.8 (masse vo lu m iq ue: 800 kg/ml). L'eau a pourde nsité1(m asse vo lum iq ue: 1000 kg/m-') .

Les solutio ns d'eau et d'alcool ont une densité co m p rise entre 0,8 et 1. On plonge l'alcoomètre dans l'eau. A l'endroi t où la su rfac e de l'eau

touche le tube on marque 1(ou 1(00).

On plonge l'a lco o mè t re dans l'alco ol pur (e nc o re ap pe lé alcoo l absolu ). Il s'enfonce davantage . A l'endro it où la sur fac e du liquide tou che le

tube on marque 0.8 (o u 800 ). On plonge l'alcoomèt re dans un mélange

d'eau et d' a lco o l. Alors. la su rface du liquide touche le tube entre les divisio ns 0.8 et 1(o u 800 et 1000): par exem p le devant la divisio n0.97

(ou 970). Cela ve ut dire que la densité du mélan ge est 0.97 ou que sa masse vo lum ique est 970 kg/ml. Ma is cela implique aussi que le mé

-lange co ntie nt 25 cm' d'alcool absolu pour 100 cm' de mélange (vo

-lumes mesurésilla température de 15 OC).

Po u r chaq ue mélange différe nt on a une masse vo lu mique différ en te et on peut lire su r un tableau de co rrespo nda nce la quantité d'alcool pur co nte nu dans 100 cm' de mélange .

• On trouve encore dans le co m m e rce des appa re ils dont lagra d uatio n indique direc te ment ce vo lu me d'al cool pur co nt e nu dans 100 cm' de

mélange. Dans le cas pré cédent au lieu de lire 0.97ou 970 on lira 25°

(sou s-en tendu 25° de l'é ch elle ce ntés ima le Gay-Lussa c ). En bas de la

graduation on lit 0 au lieu de 1(o u 1000) et en haut de la graduat ion

100 au lieu de 0,8 (ou 8(0).

LE PÈSE-ACIDE

• Po u r qu'une voiture puisse démarrer, la . batterie. doit êtrechargée. Celle . balterie • co m pre nd plusieurs accumulat eurs. Da ns chac u n ilya une solut io n d'acide dans l'eau. Qua nd lesaccumulateurs se dechargent

lade nsitéde lasolut io n diminu e.

Po ur sav o irsi la batterie est dé ch ar gée on utilise un pèse-ac ide.

2 densimèttes.

A raide de la poire en caoutchouc on aspire un peu de la solution acide qui est dans l'accumulateur. La solution monte da ns la pipe tte. A l'intérieur de ce lt e pipe tte se trouve le densirnètre, appelé pèse

-acide.

Qua nd la batterie est déchargée le dcnsimètrc s'e nfo nce plusdans le liquide. Trè s so uvent un trait rouge sur le densimètre marque lalimite à ne pas dépasser. Si le tube du densim ètre s' e nfo nce au-dessu sdu trait fouge il faut recharger la•batt erie ".

LE PÈSE-SIROP

• Il se rt à mesurer la densité de mélanges d'eau et de produ its suc rés . Ces solut io ns ont une den sité plus grande que 1. Celte de nsitéestplus grande qua nd la quantité de produit sucre est plus grande. L'a ppar eil ci-contre est grad ué en masses volumiq ues (unité légale:kg/m').

• Certains appareils so nt encore parfois gradués en deg ré s (0). Ils'agil

alors de degré s Ba umé. Il y a une co rr es pondance entre la masse volu-mique de la solut io n et le degré Ba umé. Pa r exemplelorsque l' appar e il

placé dans le siro p s'e nfonce jusqu 'à la graduat ion 30° (Baumé), la masse volumique est 1260 kg/ml(ou la de nsité 1,26).

LE PÈSE-LAIT

• La masse volum iq ue du lait varie suiva nt sa co mpos itio n. Le pè se-lait s'e nfo nce moins dans le lait éc ré mé. Qua nd on ajoute de l'cau au lait. la masse volum iq ue diminue. A lalait e rie.o n utilise le pèse-la itpour mesurer la masse volumiq ue du lair. Cela do nne une première in di-ca tio n sursa composition .

~

Densité

C

AS DES SOLIDES ET DES LIQUIDES

Qu

elques o

bservat

io

ns

• Un glaço n flotte sur l'eau: un tronc d'arbre flotte sur la rivière. Au contraire une roche, un morceau de fer, une bille de plomb tomben t au fond de l'eau. On lit da ns une table les masses volumiq ue s de ces substa nces (p. 41). Celles qui cou lent ont une masse volumique plus grande que la ma sse volumiq ue de l'eau. Au contraire, le s substances qui flottent ont unc masse volumique plus petite que celle de l'eau.

• Comparer la masse volumique d'un e substa nce à celle de l'eau permet

donc de faire des prévisions pour savoir si la substance flott e ou non.

Un

e

n

otio

n

pratiqu

e:

la den

s

it

é

• Pa r exemple, la masse volumique du plomb est 11300 kg/ml et celle de l'eau 1000 kg/m'. La masse volumique du plomb est égale à

11,3X1000 kg/rn'. Elle est 11,) fois plusgrande que celle de l'eau,

enc

yclopédie

1111

36

PROPR1~T~S PHYSIQ UES DE LA MATIËRE

Si on divise le nombre qui mesure la masse volumique du plomb par le no mbre qui mesure la masse volumique de l'eau,on trou ve:

11300/1000= 11,3.

(Ce nombre ne doit pa s être suivid'un no mdun ité.)

Onditqueladensité duplombrelat iveàl' ea u est Il,3.

Le plo mbest beau coup plusdenseque l'e au. Un morceaudeplomb mis dans l' ea ucoule,

• Pour l'huile, la de nsité relat ive à l'ea u est égale à0,9. Elle est plus

pe tite que 1. L'huile est moi ns denseque l'e au.Sa masse volumiq ueest

egale à 900 kg/ml, c'est-à-dire à 0,9 X1000 kg/ m'. De l'huile versée dansl'eau se plac e au-dessusde l'eau.

Co

mm

e

nt trouv

er

la den

si

t

e

r

elative

à

l'e

au d

'une

s

ub

s

tanc

e?

• On mesure le volume d'une certaine quantit é de la substance, On me su re aussisa masse,

• On mes~ re la masse d'un volume d'eau égal au volume de la su b-sta nce.

• On divise le nomb re qui mesure la masse de la substance par le nom bre quimesure la masse de l'e au,pour ce même volume..

• Comme la masse volumique, la densité caractérise uneespèce chimique.

R

emarque

• Pour les solides et les liquides on calcule la densité relative à l' ea u, parc e que cela est commode.On po urrait évide mmen t comparerà une autre substa nc e que l'cau: l'alcoo loul'hu ile pa r exemple,On définirai t alo rs la densité re la tive à l'alcool ou à l'hu ile, mais cc so nt des substanc es moins couran tes et ces densités sont moins intéressantes à conna ître.

CAS

D

ES GAZ

• La masse volum ique d'un gaz est toujours beau coup pluspetite que celle de l'cau (p. 41). On voit toujo urs les bulles d'u n gaz non solub le dans t'cau monter vers la surface de l'ca u. Il n'e st pas interessan t de calculer la de nsité d'un gaz relat iveà l'eau.

• Po ur sa voir si un gaz qui se trou ve dans l' air va plutôt monter ou plutôt desce ndre,on calcule sa de nsité relativeà l'air.

• Ungaz dont lamasse volumique est plus petiteque celledel'a ir est moins

densequel'air, C'est le cas de l'h ydrogèn e : ilmont e da ns l'air .

• Ungaz dont la masse volumiqueest plusgra ndequecellede l'airest plus

dense quel' air.C'est le casdu dio xydede ca rbo ne .Il s'accumu le auras dusol.

Quand onchauffe l' air, il monte: sa de nsité dimin ue.

e

ncy clopé die

Ouel ques valeursde densité relativeàl'eau

dellSit. S(llides ~quides reletive

.lil'eau alcool 0.8 glace huile 0.9 lait l.D3 eau salée salullle 1.3D aluminium 2)

'

"

7.8 plomb 11.3 mercure 13.6

enc

yclopéd

ie

~

Dilatation

• On se souvient que la masse d'un corps solide ne cha nge pas si on le

déform e sans rie n lui enleve r ou lui ajouter. Pour un liquide , ou pour un gaz, la masse non plus ne change pas si on le transvase san s en perd re. Si on cha uffe un corpssolide ou une qua ntité fixedeliqu ideou de gaz, la masse ne cha nge pasnon plus. Dan s ce cas on peut consta te r que le volume augm en te.

CAS DES SOLIDES

Q

u

elques

o

bservatio n

s

• Entre deux rails de chem in de fer, on laisse un pet it espace (voir document p. 7); une des extré m ités du «t ablier. d' un pont métallique

repose sur des rouleaux ; pour faire tenirentre ellesdesplaquesm étal-liques on pose de s rivet s après avoi r cha uffé; po ur soude r deux pièce s il fa ut bie n choisi r la «soud ure. que l'on va employe r. En effet, sion chauffe un solide et que sa tempér ature augmente, sonvolumedevientplus gra nd.

• On ditquelesolidesedilate ; ilya dilatation.

• Si le solide se refr oid it,sa tempéra ture diminue. el le volume devien t pluspetit. Ily acontraction.

Exe mple de lectu re du tableau: 3<colonne:une barredeferde 100 m de longueurdont latempêratures'élèvede l"C,s'allongede1.2mm.

Quelque

s

v

aleurs

n

umériques

Un pont métalli que de 100 m de long peut s'allo nge r de 6 cm quand il

est cha uffé par le sole ilen été,Cela représent e à peu prèsla lar geurde la bandetrac ée pour marquer l'a rrivéed' une co urse de 100 m.

• Pourtant,si on regarde une tigede ferou uneboulede cuiv re quel'o n chau ffe fortem e nt, on ne les voit pas, en gén éral,augme nte r de volume. La dilatat ion de s solides est toujours très peti te. Ils ne se dilate nt pas tous de la même faç o n.

On expliq ue ainsi les observations préc éde nt es. L' espa ce laissé ent re les rails leur perme t de sedilat er sans qu'ils se déform e nt. Lesrouleaux

pe rmett ent au tabl ierdu pontde glisse rsans que lepontsedéfo rm e . Qua nd les rivets se refroid issent, ils se contrac ten t et serre nt fortement

les plaques l'une cont re t'aut re. Si la. so ud ure. estbien cho isie ellese cont rac te et se dilate comme lespièc e s so udé es.

La Tour Eiffel vue de dessous.

Observer les rivets.

120 100 100 1,2 100 1,2 100 0,012 allonge ment(en mm)

élévat ion de tempér ature(oC) longu eurdelaba rr e(e n m) • Allongement d'unebarrede fer

PRO P RIËTE:S PH YSIQUES DE LA MAT IERE

e

ncyclopéd

i

e

• L'allongement d'une barre dépend de sa longueur et deJ'augmentation

detempérature.

• Augmentation de volumed'unebouledecuivre

volumedela boule (en ml) \ \

0

,\

0

,1

élévation de température(oC) \

\00

\

\00

augmenta tion devolume(encm')

48

4800

4

,8

480

..

Par exe mple le volume d' une boule de cuivre de 0. 1m' dont la te mperature s'élèvede

100°C.augme nte de480cm'(4' colo nne).

La dilatati on d'un solide est petite mais elle peut avoir des co nsé-quen cesimpo rtantes .

• Dilat ati on dequelques solides :allongeme nt(en millièm esdemm)d'une barre de 1 m de longueur pour une élévation de temp érature de 1oc.

pyrex verreordinaire platine fer aluminiu m laiton

3 8à9 8,7 9 12 22 19 JO

iVll t

c-

-

10

Thermomètreilbilame 'Illme

"'f

:

D--\

-

~~

1

'

ixe

;

"'

U

ne

a

pp lica

t

ion:

la

b

ilame

• En so uda nt ense mble. sur toute leur longueur. deux lamelles minces

de méta ux différen ts on obtient une bilam e. Si la température s'élève, les deux méta ux se dilat ent : l'un des mét aux se dilateplusque l' autre:

la bilame se co urbe. Da ns ce rta ins therm omètres d'appartement . par

exemple. il ya une bilame. Une de ses ext ré mités est fixée. l'autre est libre: elle peut se déplacer. Quand la tempé ra ture augment e,l'e xtré

-mité libre sc déplace et fait tourner l' aiguill e. L'a iguille indique la

tempér ature.

Par exemplele verre pyrexsedilate trois foismoinsque le verreordinaire.

C

AS DES LIQ

UIDES

• Si on chauffe un liquide placé dan s un récipie nt. le liquide em plit davantage le récipient. Son volume augmente plus que celui du réci

-pient. Cela n'est pas touj ours très visible. mais si on utilise un tube assez fin on voit bien le liquide emplir progressivement le tube. C'est

ce qui sc passe dans un thermomètre àliq uide.Danscesthermom ètres

le liquide peut être du mercure ou de l'alcool. Le mercure se dilate 7 fois plusque leve rr e ordinaire,l'alcool50 foisplus.

C

AS DES GAZ

• Si on chauffe avec les mainsl'a ir d'un ba llon de verre dont l'o uve r

-ture se trou ve dansl'ea u, on voit des bulles s'éc happe r. Le volume de l'air dev ient plus grand que celui du ballon. Ilarrive qu'un ballon de

ba udruche exposé au soleil éclat e. Un pneu trop chauffé peut aussi éclater. Le gaz du ballon, l'air du pneu se sont dilatés. Le volume du gaz et aussi sa pression ont augmenté. L'air et tou s les autresgaz se dilaten t.

Au t

o

ta

l

• Les gaz se dilatent beaucoup ; les liquides, un peu; les solides, trèspeu,

U

NE

C

ONSÉQUENCE IMPOR

TAN TE

:

LA

V

ARIA TION

D

E

M

AS S E VO

LUMIQUE

• Lorsqu 'un objet se dilate. sa masse ne cha nge pas, mais so n volum e

augmente. La masse volumiq ue de la substa nce avec laqu elle est fa it

l'objet diminue (voir ci-dessous). Pour les solides qui se dilatenttrès peu,

la ma sse volumique change trèspeu. Po ur les liquide s, la dilatation est plus grande . La masse volumique diminue asse z pourqu'on puisse par-fois J'obser ver (voir Courants de convection). Pour les gaz,-la dilatation

est trèsgrande. Si le gaz n'est pa s enfe rme dan sun rec ipient, sa masse

volum iquediminuebeaucoup.C'est le ca sde l'airchaud.

~

Mas

se

volumiqu

e

LOU

RD?

LÉGER

'

• On entend dire: Kl'acier est plus lourd que le bots"'. Po urta nt une grosse bûche de bois est difficile à porte r. Au contraire po rte r une bille d'acier est fac ile. La bûche de bois est plus lourde que la bille

d'acier. Elle a un poids plus grand. En plaçant lesde ux obj ets sur une

balance, on trouve aussi que la masse de la bûche est plus gra nd e que celle de la bille, par exempl e : 5 kg et 100 g.

Dans le ca sde la bûcheet de la bille on comparedeux objets faits de

substa nces différente s; ils n'ont pas la même masse, et ils n'ont pas le même volume. Dans le casde la premièrephrase (f unest pluslourd que

l'autre]on veut comparer l' acier et le bois,sans rien dire sur lesobjets

fait s avec ces substanc es. La phrase est imprécise ,donc peu correcte .

e

nc

yc

lo

pé die

_____ '3 > - _ _ ; / "

poutre 5kg

• billeacier 100 9

Substances de même volume,

CO

MMEN T

COMPA

RER

CO

RRECTEMENT

DES SU

BSTANCES

D

IFFÉ RENTES

?

Une

Ps

faço

n

defai

re

• Co mpa re r les masse s d'un même volume de substa nce s différentes.

On essaye de trouver des objets solides de fo rmes diver ses qui ont le même volume (par exemple75 cm'). Ils so nt faits de substancesdiff

é-rentes. On pèse chac un d'eux. On peut aussimesurer 75

c

m'

de diff

é-rents liquide s et les pe ser . La balan ce,

à

chaque fois, nous indique

la masse.

• On peut alors les classe r par ordre de masses croissantes. On peut

dire que 75 cm' de liège ont une masse plus petite que 75 cm' d'eau, et que 75 cm' d' ea u ontune masse plus pet ite que 75 cm)deplomb.

On obtien d rait le même classement si on avait choisi pour tout e s les substa nces un autre volume que 75cm'.

On pourrait aussi classe r par ord re de massesdé c roissantes.

• Les masses de volumes égaux de substances différentes ne sont pas égales, liège

.

•

•

•

•

•

•

_•

•

Huile Cuivre Bois

E,"

o

Plomb

39

PROPR1ËTËS PHYSIQUES DE LA MAT1ËRE

e

ncyc lopéd ie

Une

2

e

_façon

_d

_{e fai}

_re

• Comparer les volumes de masseségalesde substa nces différentes.

On prend par exemple 500 g de suc re, un morceau de fer de 500g.on pèse 500 g d'eau, d'alcool, de mercure. On mesure le volume de c ha-cune de cesmasses:lesvolumes trouves sont différents,

• On peu l classer les substa nces par ordre de volume croissant ou d é-croissa nt. On obtiendrait le même classe me nt si on avait pris une autre masse que 500 g(voir figure).

• Les volumes de masses égales de substances différentes ne sont pas égaux.

COMMENT EXPRIMER CORRECTEMENT

LES RESULTATS

:

LA MASSE VOLUMIQUE

Mercure (500g)

,,,

(500 gl.

4

0

• Pour éviter toute imprécision il faut dire quelle est la masse de la sub stan ce el quelest sonvolume.

On mesure la masse de morceaux de fe r de différents volumes. On

trouve:

volu me(en m') 1 2 112= 0.5 111000 1/1000 000

= 0.001 (1 dm' ) = 0,()(l(XX)1 (1cm')

masse (en kg) 7800 15600 J900 7.8 0,0078(7,8g) Il faut lire ce ta ble au de la façon su iva nte.Onregardeune colonne.par exemple lat roi-sième. Sur la 1" ligne:, 112= 0,5 . sig nifie que le morceau de fera un volume de 112ou 0.5 m':juste au-desso us onlitla massede cemorceau defe r:39(X) kg.

• On s'a pe rçoit que, lor sque le volume du mor ceau de fer est multiplié

par 2. la masse est aussi multipliée par 2, On voit que, si le volume est divisé par 2, par 1000, ou par 1000000 (1 million), la masse est à

chaque fois divisée par le même nombre. On peut aussi fair eles calc uls

suiva nts : on divise danschaque cas le nombre quimesure la masse par cel ui quimesur ele volume. On trouve:

volume (enml) 1 2 0,5 0,001 0,00001 masse (en kg) 7800 15600 3900 7,8 0,0078

masse (en kg/ml) _{7800 7800 7800 7800 7800}

volume

Exemplede lecture du tableau:4<colonne: le morceaude feraun volumede0.001m'. unemassede 7.8 kg;lerésultatdela divisionmasse/volum eest7800kg/m' .

• Le résultat est toujours le même, Il met enévidence une propriété de la substa nce: on l'appellesa massevolumique.

On dira. dans l'exemple cité, que la masse volumique du fer est

7800 kg/ml. La masse volumique nous donne la masse de l'unité de volume. Elles'exprimeen kg/ml.

COMMENT MESURER LA MASSE VOLUMIQUE

?

• Pour trouver la masse volumique, il n'est pas nécessairedefabriquer un cube de 1ml, oude mesurer un volumed'eaude 1ml,et de trouver

leur masse. Il suffit de mesurer n'importe quel volume de liquide,ou le volume de n'importe que lobjet fait avec une subst ance solide, puis de

/ '

<;

/ '

see-

~ <, _{/ '} 400- 300-/ ' _~ 100 <; _{/ '} Eau(500 gf.

""

---ox

< ; 700 BOO 500 400 300 / ' < , 100 <, Alcool (500 g). Substances demême masse.

trou ver le ur masse avec une balance. On divise ensuite le nombre qui mesur e la masse parceluiqui me sure le volume.

Si la substance est une espèce chimiq ue (voir p.84). le no mb re obte nu la caractérise.C'est un desrenseigne mentsporté s sur sa carted' identite, ilper met de l'identifie r.

Si la su bstance est un mélange de deux ou plusieu rsespèces ch imiq ues, sa ma sse volum ique est différent ede celle de chaq ue espècech imiq ue. Elle peut nou s ren seignersu r la faç ondont le mélange a été prép a ré.

Remarque

• La masse de 1ml(1()(X) litre s)de gaz est bien plus petite que cellede 1 ml de solide oude liquide.Pa r exemple 1mld'airdansles conditions nor males a une masse presq ue 1000 fois plus pe tite que celle de 1ml d'e a u.

Les mesures so nt plus difficiles

à

faire ct nécessite nt des mét ho des différentes .

MASSES VOLUMIQUES DE QUELQUES SOL/DES

ET LIQUIDES

encyclopédie

MASSES VOLUM

IQUES

DE QUELQUES GAZ

solides liquides masses vclumtq ues (à0"C so us une pression en kg/ml de 1013 millibars).

bois de balsa 100 à ISO

.

"

1,3kg/ml

liège 200 ou 1,3g/1

sa pi n 500

à

700 hydro gène 0,09kg/ml

boulea u essence, kérosène 700 environ ou0,09gll éthe r 730 dioxydede ca rbone 1,96kg/m'

chêne alcool, pét rol e 800 environ ou 1,96g/I

huile de vaseline 860

glace huile, ben zine 900

caoutchouc fuel 980

""

lait 1 0001030

co rps humain 1070 env iron

eau salée saturée 1 130

craie 1250 glycé rine 1300 soufre 2070 porcelaine 2200 à 2500 verre ord inai re 2500 environ granit 2600 à 2 800 alumi niu m 2 700 ardoise 2900 environ ZJn.C 7150 fer 7 800 acier 7 800 environ laito n 7300 à 8400 nick el 8 700 cuivre 8 900 arge nt 10 400 plomb 11 300 me rc ure 13 600 oc 19 300 41