Densité

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La densité d'un corps est le rapport entre sa masse volumique et la masse volumique d'un corps de référence. Le corps de référence est l'eau (pour les liquides et les solides) et l'air pour les gaz[1]. La densité est une grandeur sans dimension et sa valeur s'exprime donc sans unité de mesure[2].

Toutefois, Littré définit ce terme comme le « rapport de la masse d'un corps à son volume », et Laplace lui-même, cité en référence[3], utilise ce terme en ce sens.

Le mot densité est donc, toujours d'après Littré, l'expression moderne du terme « densité relative ».

Sommaire

[modifier] Expression de la densité

La densité, notée d, s'exprime de la sorte :

d= \frac{\rho_{\rm corps}}{\rho_{\rm ref}}

ρcorps est la masse volumique du corps considéré, et ρref est la masse volumique du corps de référence.

[modifier] Densité pour les solides et les liquides

Le plus souvent, l'eau est utilisée comme corps de référence pour la densité des liquides et des solides. Dans ce cas, la masse volumique de l'eau est prise égale à 1000 kg/m3 (ou à 1 kg/dm3 ou à 1 kg/L). Il s'agit de la masse volumique de l'eau à 3,98 °C et à pression atmospherique.

La densité devient :

d= \frac{\rho_{\rm corps}}{\rho_{\rm eau}}

ρcorps est la masse volumique du corps considéré et ρeau est la masse volumique de l'eau (1000 kg/m3).

[modifier] Densité et flottabilité

Comparaison de deux corps avec densités supérieure et inférieure à un.
Comparaison de deux corps avec densités supérieure et inférieure à un.

La densité peut indiquer la flottabilité d'un corps par rapport à l'eau douce. En effet, si la densité d'un corps est supérieure à 1 comme pour une vis métallique (voir illustration) le corps en question coule dans l'eau. À l'inverse, si la densité d'un corps est inférieure à 1 comme pour un bouchon de liège (voir illustration) le corps en question flotte sur l'eau. Dans l'eau de mer, ces chiffres sont à ajuster.

[modifier] Correction en fonction de la température

Il suffit d'avoir la courbe de la variation de la masse volumique de l'eau en fonction de la température pour en déduire la masse volumique des matériaux à la température des mesures faites ci dessus.

[modifier] La référence de l'eau à 3,98 °C

Lors que l'on refroidit un corps, son volume diminue. L'eau possède une particularité parmi les liquides : son volume minimal n'est pas atteint avec sa température minimale (qui est de 0°C) , mais juste un peu au-dessus : à 3,98°C. C'est donc à cette température que l'eau est la plus dense, puisque son volume est minimal. Dans le domaine des mesures, le fait de prendre comme référence une propriété physique qui passe par un extremum est très intéressant : au voisinage de 3,98 °C, la masse volumique de l'eau reste sensiblement constante, on n'a donc pas besoin de déterminer la température avec une grande précision, ce qui ne serait pas le cas aux autres températures. La masse volumique et la densité de l'eau sont maximales à 3,98 °C à la pression atmosphérique normale.

Cette particularité permet à l'eau tiède, à l'eau très froide et à la glace de flotter sur de l'eau à 3,98 °C. Si l'eau se comportait comme la plupart des autres corps, la glace tomberait au fond des lacs, des rivières et des océans, où la vie serait alors pratiquement impossible, du moins sous la forme que nous connaissons.

Parmi les métaux moins denses à l'état solide qu'à l'état liquide, il existe l'argent et le bismuth. Cela pose des problèmes importants lors du moulage, à cause du gonflement qui accompagne la solidification.

[modifier] Mesure de la densité

La densité ne se mesure pas directement, elle est obtenue indirectement par une mesure de masse volumique.

La densité d'un liquide peut se mesurer directement à l'aide d'un densimètre.

La densité la plus importante se trouve dans les trous noirs et la plus faible dans le vide sidéral (jusqu'à 1 atome par mètre cube).

[modifier] Densité en médecine

On nomme densité des urines, du sang ou de tout liquide biologique, la masse volumique en g/L du liquide. Ainsi, la densité du sang que l'on peut lire sur les résultat de laboratoire est supérieure à 1000 (g/L). Le terme densité utilisé dans ce domaine est donc resté sur l'ancienne définition

[modifier] Notes et références

  1. Le Petit Larousse compact 2002, page 316
  2. Bureau international des poids et mesures (BIPM), « Unité des grandeurs sans dimension »
  3. Littré, « Définition du mot densité »

[modifier] Voir aussi