L'Air a-t-il un Poids ? Calculons sa Densité ! (Niveau 6ème)
L'air, cet invisible qui nous entoure...
On ne voit pas l'air, mais il est partout autour de nous ! Il remplit nos poumons, fait voler les cerfs-volants et gonfle les ballons. Mais savais-tu que l'air, comme tous les autres gaz, a une masse (il pèse quelque chose) et occupe un volume (il prend de la place) ? Et si quelque chose a une masse et un volume, alors on peut calculer sa densité ! La densité nous dit combien de matière il y a dans un certain espace. Découvrons ensemble comment "peser" l'air et calculer sa densité.
L'Expérience de la Masse de l'Air
- Elle prend un ballon de baudruche bien dégonflé et le pèse sur une balance précise. La balance indique : \(m_1 = 2,5 \, \text{grammes (g)}\).
- Ensuite, elle gonfle soigneusement le ballon avec une pompe, en y introduisant \(2 \, \text{litres (L)}\) d'air.
- Elle pèse à nouveau le ballon, maintenant gonflé. La balance indique : \(m_2 = 5,1 \, \text{grammes (g)}\).
Schéma : Expérience pour mesurer la masse de l'air
On pèse un ballon avant et après l'avoir gonflé avec un volume d'air connu.
Questions à traiter
- Quelle est la masse du ballon dégonflé (\(m_1\)) ?
- Quelle est la masse du ballon gonflé avec \(2 \, \text{L}\) d'air (\(m_2\)) ?
- Calcule la masse de l'air (\(m_{\text{air}}\)) qui a été ajoutée dans le ballon. (Indice : c'est la différence entre la masse du ballon gonflé et la masse du ballon dégonflé).
- Quel est le volume d'air (\(V_{\text{air}}\)) ajouté dans le ballon ? (L'énoncé te le donne !)
- Rappelle la formule qui permet de calculer la densité (\(\rho\)) d'une substance à partir de sa masse (m) et de son volume (V).
- Calcule la densité de l'air en grammes par litre (\(\text{g/L}\)) en utilisant les valeurs que tu as trouvées.
- La densité de l'eau est d'environ \(1000 \, \text{g/L}\) (ou \(1 \, \text{g/mL}\)). L'air est-il beaucoup plus ou beaucoup moins dense que l'eau ? Qu'est-ce que cela explique sur le fait que l'air semble "léger" ?
Correction : Calcul de la Densité de l’Air
Question 1 : Masse du ballon dégonflé
Réponse :
D'après l'énoncé, la masse du ballon dégonflé (\(m_1\)) est de \(2,5 \, \text{g}\).
Question 2 : Masse du ballon gonflé
Réponse :
D'après l'énoncé, la masse du ballon gonflé avec \(2 \, \text{L}\) d'air (\(m_2\)) est de \(5,1 \, \text{g}\).
Question 3 : Calcul de la masse de l'air
Principe :
La masse de l'air ajouté est la différence entre la masse du ballon gonflé et la masse du ballon vide.
Calcul :
Question 4 : Volume d'air ajouté
Réponse :
L'énoncé nous dit que le volume d'air (\(V_{\text{air}}\)) ajouté dans le ballon est de \(2 \, \text{L}\).
Quiz Intermédiaire 1 : Si on gonfle un ballon, sa masse totale (ballon + air) :
Question 5 : Formule de la densité
Réponse :
La formule pour calculer la densité (\(\rho\)) d'une substance est :
Où \(m\) est la masse et \(V\) est le volume.
Question 6 : Calcul de la densité de l'air
Données :
- Masse de l'air (\(m_{\text{air}}\)) : \(2,6 \, \text{g}\)
- Volume de l'air (\(V_{\text{air}}\)) : \(2 \, \text{L}\)
Calcul :
Question 7 : Comparaison de la densité de l'air et de l'eau
Réponse :
La densité de l'air que nous avons calculée est de \(1,3 \, \text{g/L}\). La densité de l'eau est d'environ \(1000 \, \text{g/L}\).
Pour comparer, \(1000 \, \text{g/L}\) est beaucoup plus grand que \(1,3 \, \text{g/L}\). Plus précisément, l'eau est environ \(1000 \div 1,3 \approx 769\) fois plus dense que l'air.
L'air est donc beaucoup moins dense que l'eau. Cela explique pourquoi l'air nous semble si "léger" : pour un même volume (par exemple, un litre), l'air a une masse beaucoup plus petite que l'eau. C'est aussi pour cela que les objets remplis d'air (comme une bouée) flottent sur l'eau, car ils sont globalement moins denses que l'eau.
Quiz Intermédiaire 2 : Si un matériau A est moins dense qu'un matériau B, cela signifie que pour un même volume :
Quiz Rapide : Testez vos connaissances (Récapitulatif)
1. Pour calculer la masse de l'air contenu dans un ballon, on doit :
2. La densité de l'air est généralement exprimée en :
3. L'air est beaucoup moins dense que l'eau. Cela signifie que :
Glossaire
- Masse (m)
- Quantité de matière contenue dans un corps. Son unité de mesure courante est le gramme (g) ou le kilogramme (kg).
- Volume (V)
- Espace occupé par un corps (solide, liquide ou gaz). Pour les gaz, c'est souvent l'espace à l'intérieur du récipient qui les contient. On le mesure en litres (L), millilitres (mL), ou centimètres cubes (\(\text{cm}^3\)).
- Densité (\(\rho\))
- Rapport entre la masse d'un corps et son volume (\( \rho = m/V \)). Elle indique combien de matière est "concentrée" dans un certain espace. Pour l'air, on l'exprime souvent en grammes par litre (\(\text{g/L}\)).
- Gramme (g)
- Unité de mesure de la masse.
- Litre (L)
- Unité de mesure du volume, souvent utilisée pour les liquides et les gaz. \(1 \, \text{L} = 1000 \, \text{mL}\). Un litre équivaut aussi à un décimètre cube (\(1 \, \text{dm}^3\)).
- Air
- Mélange de gaz qui constitue l'atmosphère de la Terre. Il est principalement composé d'azote et d'oxygène.
- Gaz
- État de la matière où les particules sont très espacées et se déplacent librement. Un gaz prend la forme et le volume du récipient qui le contient.
- Balance
- Instrument utilisé pour mesurer la masse d'un objet.
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