Le Plastique Mystère : À la Découverte de sa Masse Volumique
Identifier les plastiques : une question de "lourdeur" pour leur taille !
Les plastiques sont partout autour de nous : bouteilles, jouets, emballages... Mais savais-tu qu'il existe de nombreux types de plastiques différents, chacun avec ses propres caractéristiques ? Une de ces caractéristiques est la masse volumique (souvent appelée densité). Elle nous indique combien de masse (de "matière") est contenue dans un certain volume de plastique. C'est un peu comme dire si un plastique est "compact" ou "aéré". En mesurant la masse et le volume d'un échantillon de plastique inconnu, on peut calculer sa masse volumique et essayer de deviner de quel type de plastique il s'agit, ce qui est très utile pour le tri et le recyclage !
L'Énigme du Plastique Inconnu
- La masse du morceau de plastique est mesurée avec une balance : \(m = 31,5 \, \text{grammes (g)}\).
- Pour mesurer son volume, on utilise la méthode du déplacement d'eau :
- On verse \(60 \, \text{millilitres (mL)}\) d'eau dans une éprouvette graduée (Volume initial \(V_1\)).
- On plonge délicatement le morceau de plastique dans l'éprouvette. Le niveau de l'eau monte alors jusqu'à \(90 \, \text{mL}\) (Volume final \(V_2\)).
| Type de Plastique | Masse Volumique (\(\rho\)) en \( \text{g/cm}^3 \) |
|---|---|
| Polyéthylène Téréphtalate (PET) - Bouteilles d'eau | 1,38 à 1,40 |
| Polyéthylène Haute Densité (PEHD) - Bouteilles de lait, flacons | 0,94 à 0,97 |
| Polychlorure de Vinyle (PVC) - Tuyaux, fenêtres | 1,30 à 1,58 |
| Polypropylène (PP) - Bouchons, boîtes alimentaires | 0,90 à 0,92 |
| Polystyrène (PS) - Pots de yaourt, couverts jetables | 1,04 à 1,06 |
Schéma : Mesure de la masse et du volume du plastique
Mesure de la masse du plastique, puis de son volume par la méthode du déplacement d'eau.
Questions à traiter
- Quelle est la masse (\(m\)) de l'échantillon de plastique ?
- Explique comment on détermine le volume d'un objet solide de forme irrégulière par la méthode du déplacement d'eau.
- Calcule le volume (\(V\)) de l'échantillon de plastique en millilitres (mL).
- Rappelle la formule qui permet de calculer la masse volumique (\(\rho\)) d'un objet.
- Sachant que \(1 \, \text{mL} = 1 \, \text{cm}^3\), calcule la masse volumique de l'échantillon de plastique en grammes par centimètre cube (\(\text{g/cm}^3\)).
- En te référant au tableau des masses volumiques fourni, quel type de plastique pourrait être l'échantillon de Léo ? Justifie ta réponse.
- Si Léo avait un autre morceau de plastique de même volume (\(20 \, \text{cm}^3\)) mais fait en PVC (densité \( \approx 1,4 \, \text{g/cm}^3 \)), quelle serait sa masse ? Serait-il plus lourd ou plus léger que l'échantillon initial ?
Correction : Le Mystère du Plastique Inconnu
Question 1 : Masse de l'échantillon de plastique
Réponse :
D'après l'énoncé, la masse (\(m\)) de l'échantillon de plastique est de \(31,5 \, \text{g}\).
Question 2 : Détermination du volume par déplacement d'eau
Réponse :
Pour déterminer le volume d'un objet solide de forme irrégulière par la méthode du déplacement d'eau :
- On verse un certain volume d'eau (\(V_1\)) dans un récipient gradué (comme une éprouvette).
- On lit et note ce volume initial \(V_1\).
- On immerge complètement l'objet dans l'eau. Le niveau de l'eau monte.
- On lit le nouveau volume indiqué par le récipient gradué (\(V_2\)), qui correspond au volume de l'eau plus celui de l'objet.
- Le volume de l'objet est alors la différence entre le volume final et le volume initial : \(V_{\text{objet}} = V_2 - V_1\).
Question 3 : Calcul du volume de l'échantillon de plastique
Données :
- Volume initial d'eau (\(V_1\)) : \(60 \, \text{mL}\)
- Volume final (eau + plastique) (\(V_2\)) : \(90 \, \text{mL}\)
Calcul :
Question 4 : Formule de la masse volumique
Réponse :
La formule pour calculer la masse volumique (\(\rho\)) d'un objet est :
Où \(m\) est la masse de l'objet et \(V\) est son volume.
Question 5 : Calcul de la masse volumique du plastique
Données :
- Masse du plastique (\(m\)) : \(31,5 \, \text{g}\)
- Volume du plastique (\(V\)) : \(30 \, \text{mL}\). Puisque \(1 \, \text{mL} = 1 \, \text{cm}^3\), alors \(V = 30 \, \text{cm}^3\).
Calcul :
Quiz Intermédiaire 1 : Si un objet a une masse de \(40 \, \text{g}\) et un volume de \(20 \, \text{cm}^3\), sa masse volumique est de :
Question 6 : Identification possible du type de plastique
Réponse :
La masse volumique calculée pour l'échantillon est de \(1,05 \, \text{g/cm}^3\).
En comparant avec le tableau :
- PET : 1,38 à 1,40 g/cm³
- PEHD : 0,94 à 0,97 g/cm³
- PVC : 1,30 à 1,58 g/cm³
- PP : 0,90 à 0,92 g/cm³
- Polystyrène (PS) : 1,04 à 1,06 g/cm³
La valeur de \(1,05 \, \text{g/cm}^3\) se situe dans la fourchette de masse volumique du Polystyrène (PS). Il est donc probable que l'échantillon de Léo soit en polystyrène.
Question 7 : Comparaison avec un morceau de PVC de même volume
Données pour le PVC :
- Volume (\(V_{\text{PVC}}\)) : \(20 \, \text{cm}^3\) (même volume que la pièce du drone de l'exercice précédent, ou un autre volume si on prend celui de la pierre de Léo. Prenons \(30 \, \text{cm}^3\) pour rester cohérent avec le volume calculé pour le plastique de Léo).
Correction : L'énoncé de la question 7 fait référence à un volume de \(20 \, \text{cm}^3\). Utilisons cette valeur.
Volume (\(V_{\text{PVC}}\)) : \(20 \, \text{cm}^3\) - Densité du PVC (\(\rho_{\text{PVC}}\)) : environ \(1,4 \, \text{g/cm}^3\) (on prend une valeur moyenne de la fourchette 1,30-1,58).
Calcul de la masse du PVC :
Comparaison :
L'échantillon initial de Léo avait une masse de \(31,5 \, \text{g}\) pour un volume de \(30 \, \text{cm}^3\).
Un morceau de PVC de \(20 \, \text{cm}^3\) aurait une masse de \(28 \, \text{g}\).
Pour comparer correctement, il faudrait comparer des objets de même volume. Si l'objet de Léo avait un volume de \(20 \, \text{cm}^3\) (au lieu de \(30 \, \text{cm}^3\)) et était en PS (\(\rho = 1,05 \, \text{g/cm}^3\)), sa masse serait \(m = 1,05 \times 20 = 21 \, \text{g}\).
Donc, un morceau de PVC de \(20 \, \text{cm}^3\) (\(28 \, \text{g}\)) serait plus lourd qu'un morceau de Polystyrène de \(20 \, \text{cm}^3\) (\(21 \, \text{g}\)), car le PVC est plus dense que le Polystyrène.
Quiz Intermédiaire 2 : Si le plastique A flotte sur l'eau (\(\rho_{\text{eau}} = 1 \, \text{g/cm}^3\)) et que le plastique B coule, alors :
Quiz Rapide : Testez vos connaissances (Récapitulatif)
1. La masse volumique est une propriété qui :
2. Pour mesurer le volume d'un petit objet solide de forme quelconque, on peut utiliser :
3. Un matériau A a une densité de \(0,9 \, \text{g/cm}^3\) et un matériau B a une densité de \(1,2 \, \text{g/cm}^3\). Si on prend le même volume de chaque :
Glossaire
- Masse (m)
- Quantité de matière contenue dans un objet. Unité courante : gramme (g) ou kilogramme (kg).
- Volume (V)
- Espace occupé par un objet. Unités courantes : centimètre cube (\(\text{cm}^3\)) ou millilitre (mL). \(1 \, \text{mL} = 1 \, \text{cm}^3\).
- Masse Volumique (ou Densité, \(\rho\))
- Masse d'un matériau par unité de volume. C'est une caractéristique d'un matériau. Formule : \( \rho = m/V \). Unités courantes : \( \text{g/cm}^3 \) ou \( \text{kg/m}^3 \).
- Déplacement d'eau
- Méthode utilisée pour mesurer le volume d'un objet solide de forme irrégulière. On mesure le volume d'eau déplacé lorsque l'objet est complètement immergé.
- Éprouvette Graduée
- Récipient cylindrique avec des graduations précises, utilisé en laboratoire pour mesurer le volume de liquides ou le volume d'objets par déplacement d'eau.
- Balance
- Instrument utilisé pour mesurer la masse d'un objet.
- Plastique
- Matériau synthétique (fabriqué par l'homme) qui peut être moulé ou façonné. Il existe de nombreux types de plastiques avec des propriétés différentes.
- Recyclage
- Processus de transformation des déchets (comme les plastiques usagés) en nouveaux produits pour réduire la consommation de matières premières et l'accumulation des déchets.
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