La masse volumique

Unité 1
Les fluides
Chapitre 4
La viscosité : un fluide épais ou clair?
• La viscosité c’est la propriété qui décrit
l’épaisseur d’un liquide.
• Un liquide épais, tel que du sirop pour les
crêpes, est visqueux.
• Un liquide clair, tel que l’eau, n’est pas
visqueux.
• Un fluide représente toute substance qui
coule. Cela inclus les liquides et les gaz.
• On peut facilement voir qu’un liquide est
un fluide parce qu’il coule. Il prend aussi
la forme de son contenant.
• Un gaz s’écoule aussi. Si on enlève le
capuchon d’une bouteille de boisson
gazeuse on peut voir des bulles qui
montent à la surface. Ces bulles sont du
CO2 (du gaz) qui s’écoule ou se déplace
hors de la bouteille.
Les états de la matière
Les solides, les liquides et les gaz
• Un solide : a une forme définie et un
volume définis (ex: un cube de sucre)
• Un liquide : a un volume défini, mais une
forme indéfinie (ex: de l’eau)
• Un gaz : a une forme indéfinie et un
volume indéfinis (ex: de l’oxygène)
Un solide
Explication:
Un liquide
Explication:
Les particules sont Il y a de petites
collées les unes
espaces entre les
contre les autres, particules.
donc il n’y a pas
beaucoup
d’espaces entre
les particules.
Un gaz
Explication:
Il y a de grandes
espaces entre les
particules.
La théorie particulaire
Il y a 5 points:
• 1. Toute matière est faite de très petites
particules.
• 2. Toutes les particules d’une substance
pure sont pareilles. Des substances
différentes sont faites de particules
différentes.
• 3. Il y a de l’espace entre les particules.
• 4. Les particules sont toujours en
mouvement.
• 5. Les particules d’une substance s’attirent
l’une et l’autre.
Les changements d’états
• Si tu observes un cube de glace pendant
30 minutes, que remarques-tu?
• Tu vas voir que le cube commence à
fondre. Il était un solide, mais maintenant
il est un liquide. Cela est à cause il y a eu
un changement d’état.
• Un changement d’état a lieu lorsqu’une
substance est chauffée ou refroidie.
• Quand une substance est chauffée, les
particules emmagasinent de l’énergie.
• Quand une substance est refroidie, les
particules perdent de l’énergie.
Les changements d’état de la matière
(notes)
La solidification
La condensation
La fusion
La vaporisation
La sublimation
La sublimation
~ La sublimation est un changement d’état rare et inhabituel. Un exemple
c’est de la glace sèche. C’est un morceau de CO2 gelé (un solide) qui accumule
de l’énergie et forme un nuage de brouillard (du gaz de CO2). Un deuxième
exemple c’est du givre qui se forme sur les vitres en hiver (la vapeur d’eau
perd rapidement de l’énergie et forme une gelée blanche).
Définitions (notes)
• Un changement d’état : se produit quand une
•
•
•
•
•
substance passe d’un état à un autre
La sublimation : un changement d’état rare et
inhabituel qui se produit quand un solide se transforme
directement en gaz sans passer par l’état liquide ou vice
versa
La fusion : le passage de l’état solide à l’état liquide
La solidification : le passage de l’état liquide à l’état
solide
La condensation : le passage de l’état gazeux à l’état
liquide
La vaporisation : le passage de l’état liquide à l’état
gazeux
Définitions (notes)
• Évaporation : une vaporisation lente
• Ébullition : une vaporisation rapide
• Point de congélation : de l’eau 0oC
• Point d’ébullition : de l’eau 100oC
Toutes les substances ont un point de
congélation, un point d’ébullition et un
point de fusion.
Les changements d’états et la
théorie particulaire
• Un changement d’état a lieu lorsqu’une
substance est chauffée ou refroidie.
• Quand une substance est chauffée, les
particules emmagasinent de l’énergie.
• Quand une substance est refroidie, les
particules perdent de l’énergie.
À quelle vitesse les fluides
s’écoulent-ils?
• Certains liquides s’écoulent plus vite que
d’autres.
• Vous pouvez mesurer à quelle vitesse un
liquide coule.
• C’est ce qu’on appelle le taux
d’écoulement (la vitesse à laquelle un
fluide coule).
Les facteurs qui affectent le taux
d’écoulement
• Certains facteurs peuvent ralentir
l’écoulement des fluides
– 1) la taille des particules
– 2) la forme des particules
– 3) la température
– 4) la concentration des particules (le volume)
1) La taille des particules
• Les petites particules peuvent se dépasser
les unes les autres plus facilement que les
grosses particules.
• RAISON: Les grosses particules occupent
plus d’espace que les petites particules.
2) La forme des particules
• Certaines particules sont plus volumineuses
(occupent plus d’espace) que d’autres à cause
de leur forme. Ces fluides ont une plus forte
viscosité.
• RAISON: Puisque les particules occupent plus
d’espace, il y a moins de place à bouger, ce qui
fait que les fluides sont plus visqueux.
3) La température
• Quand les particules sont refroidies, elles
bougent très lentement parce qu’elles
perdent de l’énergie. Cela fait que le fluide
est plus visqueux.
• Quand les particules sont réchauffées,
elles bougent rapidement parce qu’elles
gagnent de l’énergie. Cela fait que le
fluide est moins viqueux.
4) La concentration des particules
(le volume)
• Plus qu’il y a de particules, plus que c’est difficile
à se dépasser. Plus que c’est difficile à se
dépasser, plus que le fluide est visqueux.
• RAISON: Les particules sont toujours en
mouvement. Quand il y a beaucoup de
particules c’est difficile à bouger sans frapper
d’autres particules. Ceci cause la résistance dans
le fluide qu’on appelle la friction interne. Ceci
augmente la viscosité d’un fluide.
Chapitre 5
La masse volumique et la flottabilité
• La flottabilité c’est la tendance à flotter
dans l’eau ou dans l’air.
• La poussée c’est la force vers le haut
exercée sur les objets qui baignent dans
un fluide.
• La masse volumique c’est le rapport entre
la masse (en quantité) d’une substance et
son volume (l’espace qu’elle occupe).
La masse volumique et la théorie
particulaire
• Selon la théorie particulaire, il y a de
l’espace entre les particules. Si tu remplis
deux contenants identiques, un avec de
l’eau et l’autre avec de la vapeur d’eau, la
t.p. dit qu’il y a plus d’espace entre les
particules d’un gaz qu’entre les particules
de liquides.
* t.p. = la théorie particulaire
Chaque particule a la même masse parce que
chaque particule est pareille et les deux
contenants sont identiques.
#1
#2
l’eau
la vapeur
d’eau
Lequel aura la plus grande masse volumique?
• On peut conclure que la m.v. de # 1 sera plus grande que
la m.v. de # 2 parce qu’il y a moins d’espace entre les
particules. Si il y a moins d’espace entre les particules, cela
veut dire qu’on peut faire « entrer » plus de particules dans
un espace donné.
Les définitions
• La capacité d’un contenant, c’est la quantité maximale
•
•
de fluide qu’il peut contenir.
Le poids est la force de gravité exercée sur un objet (en
Newtons (N)).
La gravité est une force naturelle qui attire les objets
vers le centre de la Terre. Cette force est de 9,8 N par
kilogramme de masse sur Terre.
(ex : Un sac de sucre qui a une masse de 2,26 kg pèse
22,1 N sur Terre.)
Calcul: 2,26 kg X 9,8 N/Kg = 22,1 N
Comment trouve-t-on la masse et
le volume?
• Pour trouver la masse d’un objet on peut utiliser une
balance (g, kg, lbs).
• Pour trouver le volume:
a) d’un gaz : mesurant le volume de son
contenant.
b) d’un liquide : mesurer au moyen d’une tasse
à mesurer ou d’un cylindre gradué
c) d’un solide : i) directement – les formules de Math
( V = L X l X h)
ii) indirectement – mesurer le volume d’eau qui
déborde d’un contenant
rempli à son maximum
La masse volumique
• Pour trouver la m.v. d’une substance, on peut
utiliser la formule:
Masse volumique =
masse
volume
ou
(ρ – symbole de l’alphabet greq “rhô”
ρ=m
V
représente la m.v.)
• La m.v. d’un solide s’exprime en g/cm3, et celle
•
•
des liquides et des gaz en g/mL ou g/L.
Chaque substance pure a sa propre m.v. (c’est
une propriété de la matière).
La m.v. d’une substance pure ne change pas
sauf si on change d’état de la matière.
• Voici les masses volumiques approximatives de
certaines substances.
Fluides
M.V. (g/mL) Solides
M.V. (g/cm3)
Air
0.0013
Sucre
1.59
Oxygène
0.0014
Sel
2.16
Eau
1.00
Aluminium
2.70
Eau de mer
1.03
Or
19.32
* Voir p. 141 de livre d’Omnisciences pour d’autres m.v.
La flottabilité, force
antigravitationnelle
• La flottabilité c’est la capacité d’un fluide à
•
•
supporter un objet flottant dans le fluide ou sur
le fluide. Elle est liée à la masse volumique.
Quand les objets sont dans des fluides, la
poussée pousse les objets vers le haut (dans la
direction opposée de la gravité).
Un flottement a lieu lorsqu’un objet ne tombe
pas sur terre ou ne coule pas dans l’eau, mais
reste suspendu dans le fluide.
• Pourquoi est-ce les solides peuvent
supporter des objets?
Nous savons que les solides peuvent
supporter des objets parce qu’ils ont
beaucoup de particules qui ne peuvent
pas être écartées ou séparées.
• Mais pourquoi est-ce que les fluides
peuvent supporter certains objets?
• Les fluides peuvent supporter certains objets si
la m.v. de ces objets est plus petite que celle du
fluide.
• Expérience – La tour de masse volumique
• Hypothèse – Que penses-tu qui va arriver quand on
mélange de l’eau, de l’huile de maïs, un liège, un
trombone, un cure-dent et une pièce de 1 ȼ? Donne une
explication et fais un dessin. Explique ton raisonnement.
Un trombone
Dessin de la tour de m.v.
Un liège
1
Une pièce de 1c
Un cure-dent
Un crayon
La tour de masse volumique
• Par exemple: L’eau qui a une masse
volumique de 1 g/mL, peut supporter des
objets qui ont une plus petite m.v. tel que
du liège (0.24 g/cm3), le chêne (0.70
g/cm3) et l’huile végétale (0.90 g/cm3). Si
les objets ont une plus grande m.v. ils
vont couler.
• La masse volumique de l’eau est 1 g/mL
et celle de l’acier est de 9 g/cm3. Mais
pourquoi est-ce que l’eau est capable
de supporter un grand navire d’acier?
•Dans un navire d’acier, il y a de
grandes espaces vides remplies
d’air. Quand on trouve la masse
volumique moyenne (la masse
totale de toutes les matières sur
le navire, divisée par le volume
total), elle sera plus petite que
celle de l’eau, donc plus petite
que 1 g/mL. À cause de cela, le
navire sera capable de flotter sur
l’eau!
Le principe d’Archimède
• La poussée qui s’exerce sur un objet flottant
•
•
dans l’eau est égale au poids de l’eau que cet
objet déplace.
La poussée d’un liquide dépend de la m.v. Les
objets flottent plus facilement dans l’eau salée
que l’eau douce parce que la m.v. de l’eau salée
est plus élevée (1.03 g/mL).
Pourquoi? Parce que les particules sont plus
entassées (proche les unes des autres).
Une bouée sur
l’océan (l’eau
salée)
Une bouée sur
l’eau douce
• L’eau salée peut supporter un plus grand
poids par volume que l’eau douce!
• L’hydromètre c’est un instrument utilisé
pour mesurer la m.v. des liquides.