Exercices

\rho = m \times V.

\rho = \dfrac{m}{V}.

\rho = \dfrac{V}{m}.

V = \rho \times m.

un métal.

un mélange d'éléments chimiques avec un métal principal.

un assemblage de matériaux avec une matrice et des renforts.

1. Relie chaque matériau à sa nature.

sont identiques à celles des matériaux qui les constituent.

sont dépendantes des matériaux qui les constituent.

sont similaires quels que soient les matériaux utilisés.

alliage.

matériau composite.

corps pur.

minerai.

une balance.

un bécher.

une pipette.

une éprouvette graduée.

sa masse.

son volume.

sa masse volumique.

sa couleur.

• Pour trouver la masse d'un objet obtenu par mélange de plusieurs corps, il faut additionner la masse de chacun des corps utilisés pour le mélange.
• Pour obtenir la masse volumique en kg/m³, il faut convertir la masse en kg et le volume en m et utiliser la relation \rho = \dfrac{m}{V}.
• Formulée avec l'égalité m = ρ × V, la relation qui définit la masse volumique permet de calculer les masses d'objet ayant un même volume V mais des masses volumiques différentes.
• Sous la forme V = \dfrac{m}{\rho}, la relation permet de calculer le volume d'objets de masses identiques mais faits dans des matériaux de masses volumiques différentes.

Le torchis est considéré comme le premier matériau composite utilisé par l'être humain. Il fut utilisé dès la Préhistoire, il y a plus de 5 000 ans. C'est un matériau composé d'une matrice en terre renforcée par des fibres naturelles comme de la paille ou des crins de chevaux.

1. Rappelle la définition d'un matériau composite.

2. Identifie les deux composants distincts du torchis.

3. Représente la structure composite du torchis par un schéma.

1. Fais un schéma des structures cristallines d'un alliage formé par substitution.

2. Quelle est la définition d'un alliage formé par substitution ?

1. Quelle est la définition d'un matériau composite ?

2. Fais des recherches pour identifier au moins trois matériaux composites appartenant à des domaines différents (industrie alimentaire, bâtiment, etc.).

1. Décris précisément le protocole à suivre pour déterminer la masse volumique d'un solide.

Léo possède une balle en bois de chêne. Il veut savoir si sa balle va couler ou flotter s'il la place dans l'eau. Sa balle possède un volume V = 20 cL et une masse m = 2 300 dg.

1. Convertis le volume V en litres à l'aide du tableau suivant :

2. Convertis la masse m en kg à l'aide du tableau suivant :

3. Calcule la masse volumique du bois de chêne (notée ρ) en kg/L, en divisant la masse par le volume.

4. Rappelle la valeur de la masse volumique de l'eau en kg/L.

5. Du bois de chêne ou de l'eau, lequel a la plus grande masse volumique ? Conclus pour répondre à l'interrogation de Léo.

Bilel est en randonnée dans le département du Puy-de-Dôme. En passant près d'une mare, il est intrigué par une pierre qui flotte à la surface de l'eau. Il décide de prendre cette pierre avec lui et de réaliser quelques mesures. Il détermine son volume V = 175 mL et sa masse m = 160 g.

1. Calcule la masse volumique de la pierre (notée ρ) en kg/L.

2. Rappelle la valeur de la masse volumique de l'eau en kg/L.

3. Conclus en expliquant pourquoi cette pierre flottait à la surface de la mare.

1. Dans quelle catégorie de matériau retrouve-t-on chacun des composants suivants ? Attention, on retrouve certains composants dans plusieurs catégories.

Soit huit échantillons de 10 g de différents matériaux.

1. Classe-les par ordre de volume croissant.

Un alliage de fonte est conçu par mélange de carbone (à 5 %) et de fer (à 95 %). Sa masse finale est de 500 g.

1. Lequel des matériaux est le métal ?

2. Quelle est la masse de carbone et quelle est la masse de fer dans l'alliage ?

Le béton armé est un matériau composite régulièrement employé dans le bâtiment. La matrice est composée de béton et les renforts sont en acier. Soit un cube de béton armé de 0,3 m de côté. Il contient 250 kg d'acier et 2 tonnes de béton.

1. Quel est le volume de ce bloc de béton ?

2. Quelle est sa masse volumique ?

Les plombages dentaires que le dentiste posait autrefois en cas de carie étaient des alliages appelés « amalgames ». Un amalgame est en général un mélange de mercure avec un autre métal comme de l'or en différentes quantités. Les diamètres des atomes sont 0,30 nm pour le mercure et 0,27 nm pour l'or.

1. Quel est le type d'alliage (insertion ou substitution) obtenu en mélangeant ces deux éléments ?

2. Représente une structure cristalline possible.

La fonte est un alliage relativement proche de l'acier. Elle est utilisée pour faire des pièces de dispositifs mécaniques. La fonte est constituée d'atomes de carbone en faible quantité et de plus de 93 % d'atomes de fer. Le rayon atomique d'un atome de carbone est de 0,07 nm et celui du fer est deux fois plus grand, soit 0,14 nm.

1. Quel est le type d'alliage (insertion ou substitution) obtenu en mélangeant ces deux éléments ?

2. Représente la (ou les) structure(s) cristalline(s) possible(s).

Le ludion est un petit objet creux rempli d'air et immergé dans une bouteille fermée, remplie d'eau et dont les parois sont souples. L'air dans l'objet creux sert à le faire flotter. On augmente alors la pression à l'intérieur de la bouteille en appuyant sur les flancs. L'eau, incompressible, garde la même masse volumique quelle que soit la pression. L'air dans l'objet creux, en revanche, se retrouve alors soumis à la pression plus importante à l'intérieur de la bouteille : l'air étant compressible, son volume diminue. La masse de l'ensemble objet creux + air ne change pas, tandis que son volume change. Si on appuie suffisamment fort sur les parois du récipient, le ludion finit par couler.

1. Aide-toi des informations données sur le fonctionnement du ludion pour expliquer la raison qui le fait couler lorsqu'on appuie sur les flancs de la bouteille.

2. Supposons que l'objet creux utilisé pour fabriquer le ludion ait une masse m = 18 g, un volume propre Vl = 10 mL, et emprisonne pour flotter un volume Va = 20 mL d'air. Montre qu'en l'absence de pression autre que celle de l'atmosphère exercée sur la bouteille, ce ludion flotte.

3. On exerce enfin une pression telle que le volume de l'air dans le ludion ne vaut plus que le tiers de Va. Montre que le ludion ne peut alors plus flotter.

Trouve les éléments qui ne sont pas des alliages :

bronze

acier

cuivre

étain

fer

silicone

aluminium

fonte

Réponds aux questions suivantes et effectue les conversions si nécessaire :

1. Est-ce que 1 g/cm³ est égale à 1 kg/L ? 

.
2. Est-ce que 1 kg/dm³ est égale à 1 mg/mL ? 

.
3. Une autre unité utilisée pour la masse volumique est la t/m³. 1 t = 

kg.
4. 5 t/m³ = 

g/L.
5. 0,5 g/dm³ = 

t/m³.

Réponds aux questions suivantes et effectue les conversions si nécessaire :
1. Quelles sont les unités du système international...
- de la masse volumique ρ 

;
- de la masse m

;
- du volume V 

.
2. 1 kg = 

g.
3. 1 mg = 

kg.
4. 1 L = 

m³.
5. 1 m³ = 

cm³.

1. Quelle est la définition d'un alliage formé par insertion ?

2. Dessine un schéma de la structure cristalline d'un alliage formé par insertion.

Je sais ce qu'est une hypothèse.

Je comprends l'hypothèse qui m'est proposée.

Je propose une hypothèse en lien avec le problème.

Je formule clairement l'hypothèse que j'ai émise pour me permettre de la valider.