La masse, le volume et la densité...

[nomad83]

Bonjour à tous.

Je regarde en boucle des documentaires sur l'univers et ces mesures reviennent très souvent.

J'ai beau lire et relire les définitions sur le net mais je n'arrive pas bien à comprendre le principe du Volume, de la Masse, et de la Densité d'une planète ou de tout autre corps d'ailleurs...

Si une âme charitable voulait bien me fournir une explication compréhensible par le commun des mortels ce serait génial.

En question bonus, je me demande comment fait-on pour justement connaître ces mesures à partir de rien, quels sont les références ?

Je vous remercie d'avance.

A++

[Ygo]

Bonjour

Quelques définitions et méthodes de calcul (car on ne calcule pas "à partir de rien" mais à partir des observations et des lois de la physique !):

Volume d'une sphère : V=4/3 x pi x (rayon)^3
pour calculer V il faut connaitre le rayon, on le calcule connaissant le diamètre apparent de la planète et sa distance (elle-même déterminée d'après les observations et les lois de Kepler)

Masse : mesurée en kilogrammes, mais comme on ne peut pas "peser" une planète comme on le ferait pour une boule de pétanque, la masse est calculée en utilisant les lois de Newton (attraction d'un satellite et observations du mouvement de celui-ci) Si la planète n'a pas de satellite, on calcule les effets de son attraction sur les autres planètes ou sur une sonde spatiale.

masse volumique = (masse) / (volume)

densité = (masse volumique de la planète) / (masse volumique de l'eau)

comme la masse volumique de l'eau est 1 kg/dm3, "la densité est 5,4" signifie la même chose que "la masse de 1 dm3 est égale à 5,4 kg"

N'hésite pas à demander des compléments d'explications.

Bonne journée

[nomad83]

Bonjour,

Merci pour ces explications.

J'ai toujours du mal à comprendre ce que représente vraiment la densité ?

Le volume serait la place qu'occupe la planète ? Ou plutôt sa taille globale dans l'espace ?

La masse serait son poids ?

Mais qu'en est-il de la densité, quel est son "rôle" ?

Je ne sais pas si je m'exprime correctement.

Dans le cas d'un trou noir supermassif par exemple, on dit que sa masse peut croitre sans limite tandis que sa densité décroît.

J'ai du mal à saisir ce principe.

Merci d'avance pour vos explications.

[Ygo]

J'ai toujours du mal à comprendre ce que représente vraiment la densité ? .

Re-bonjour

La densité est une notion abstraite, dont le seul intérêt est de permettre des comparaisons sans faire appel à des "mesures" au sens physique du terme. Par exemple, dans la vie courante, même sans faire de physique, chacun sait que le plomb est "plus dense" que l'aluminium, ou bien que le liège est "moins dense" que l'eau et qu'il flotte...

Le volume serait la place qu'occupe la planète ? Ou plutôt sa taille globale dans l'espace ?.

Oui, c'est exactement cela !

La masse serait son poids ?

Là, il y a une distinction que font les physiciens, mais que l'on ne fait pas dans la vie courante. Pour le physicien que je suis, mon "poids" est la force d'attraction que la Terre exerce sur mon corps. Si j'avais la chance d'aller faire un tour sur la Lune, la force d'attraction de la Lune serait six fois plus faible, mon poids serait six fois plus faible que sur Terre... mais cela ne voudrait pas dire que j'aurais maigri en route ! En effet, la "masse" de mon corps serait toujours la même : 73 kg, c'est une mesure de la quantité de matière qui forme mon organisme.
C'est vrai que dans la vie courante, ça ne gêne personne de dire "je pèse 73 kg" alors que c'est physiquement incorrect, mais il n'y a pas que le physique dans la vie !

Par contre, si tu peux dire que la masse de la Terre est environ 6 x 10^24 kg, il serait tout à fait incorrect de dire "la Terre pèse 6 x 10^24 kg"

Mais qu'en est-il de la densité, quel est son "rôle" ?

voir ci-dessus : permettre des comparaisons rapides sans faire appel à un tas de chiffres. Exemples : la Terre est plus dense que la Lune, parce qu'elle a un gros noyau métallique alors que la Lune n'en a qu'un tout petit ; certains satellites de jupiter sont moins denses que la Lune parce qu'ils sont formés avec plus de glaces et moins de roches...

Dans le cas d'un trou noir supermassif par exemple, on dit que sa masse peut croitre sans limite tandis que sa densité décroît. .

Alors là, c'est exact, mais c'est encore plus abstrait... pour faire simple, disons que d'après les calculs théoriques le "rayon de Schwarzschild" du trou noir est proportionnel à sa masse.

Si la masse M double, le rayon R double... et le volume V=4/3 x pi x R^3 est multiplié par 2^3 = 8. Donc la masse volumique M/V est multipliée par 2/8 = 1/4 c'est à dire qu'elle est divisée par 4, ainsi que la densité...

Voir http://fr.wikipedia.org/wiki/Rayon_de_Schwarzschild

A suivre, si tu veux...

[f6bes]

Bjr à toi,
Si tu ne connait pas la définition d'un "volume" , ça va pas etre façile !
Prends un cube de dimensions 1x1x1m , il a un volume de 1 M3.
C'est la "place" qu'il occupe dans un milieu quelconque (espace ou autre)

Poids et masse: pour faire simple disons que c'est équivalent.
En fait un corps a une masse qui est constante. Mais son "poids" dépends de la gravité.
Plus la gravité est importante, plus le poids le deviens aussi la masse ne changeant pas.
Su terre la gravité est environ 3 fois supérieure à celle de la Lune.
Donc une MEME masse pésera par exemple 100kg sur Terre et la MASSE ne chnageant pas, 33 kg sur la Lune.
C'est TOUJOURS la meme MASSE , mais à deux endroits de gravité différentes.

La densité n'a pas de "role" , c'est une façon d'indiquer un POIDS vis à vis d'un volume donné.
Par exemple 1m3 d'air qui pése , disons 10 gr à une densité de 10gr par M3.
Bien sur tu peux employer les unités différnetes en tant que POIDS et VOLUME.
Le meme M3 d'eau pése 1 tonne. La densité est de 1T/M3 ou 1kg/ décilitre.

Dans un trou noir si sa masse augmente (c'est pas interdit) et que sa densité décroit , cela veut dire que le VOLUME augmente aussi et plus vite.
(mais je ne sais pas si effectivemnt cela est conforme)
Si tu augmentes la MASSE , sans changer de volume, tu augmentes la densite.
Tu rajoutes du poids dans le MEME volume.
A+

[Gilgamesh]

Su terre la gravité est environ 3 fois supérieure à celle de la Lune.

Environ 6 fois, plutot

Et 1 m3 d'air ~ 1,29 kg aux CNTP

[nomad83]

Merci à vous tous.

Ygo et f6bes, vos explications sont très claires, on voit que vous savez de quoi vous parlez.

Je me passionne pour l'astronomie, mais je n'ai jamais pris le temps de suivre les cours de physique quand j'étais encore au lycée, je m'aperçois maintenant que ça m'aurait été utile pour comprendre certaines choses...

Je pense avoir compris pour le poids et la masse.

La masse c'est la quantité de matière qui est comprise dans un objet (donc un volume ?) et elle ne change pas, à moins qu'on lui arrache un morceau ?

Le poids c'est la force qu'exerce l'attraction de la Terre(ou d'une autre planète ?) sur la masse de l'objet ?

C'est donc pour ça qu'on parle de masse d'une planète et non de poids alors ?

(Pourtant ma masse est de 70 kg si je pèse 70 kg ? Donc mon poids est aussi de 70 kg ?)

Pour la densité c'est une référence donc ? Pour dire que tel objet est plus ou moins "lourd" qu'un autre ?

Si je prends une boule de pétanque en acier pleine et que j'y ajoute de l'acier en le comprimant sans modifier le volume de la boule, j'augmente alors sa masse et sa densité augmente également ?

Ce doit être élémentaire pour vous mais c'est presque nouveau pour moi. Je connais bien sûr la notion de volume, surface, mais ça s'arrête là.

Merci encore, j'en ai déjà beaucoup appris grâce à vous.

[Ygo]

RE-RE-bonjour
Moi, au lycée, ce sont d'autres cours que je n'écoutais pas...

"La masse c'est la quantité de matière qui est comprise dans un objet (donc un volume ?) et elle ne change pas, à moins qu'on lui arrache un morceau ? " ou à moins qu'on ne lui ajoute un morceau, OUI !

"Le poids c'est la force qu'exerce l'attraction de la Terre(ou d'une autre planète ?) sur la masse de l'objet ?" OUI !

"C'est donc pour ça qu'on parle de masse d'une planète et non de poids alors ? " OUI !

"(Pourtant ma masse est de 70 kg si je pèse 70 kg ? Donc mon poids est aussi de 70 kg ?)" Je dirait plutôt : ta masse est 70 kg si tu dis dans la vie courante que tu "pèses" 70 kg, mais ton poids, qui est l'attraction terrestre sur ton corps, est une force dont la mesure est :
P = m g = 70 X 9,8 = 786 Newtons parce que l'intensité de l'attraction terrestre au voisinage du sol est 9,8 N/kg

"Pour la densité c'est une référence donc ? Pour dire que tel objet est plus ou moins "lourd" qu'un autre ? " OUI ! dans cette expression courante, on suppose implicitement que l'on parle de deux objets de même volume, formés de matières différentes, alors l'un est "plus lourd" que l'autre (il a une masse plus grande) sinon cen'est pas très logique... mais il n'y a pas que la logique dans la vie !

"Si je prends une boule de pétanque en acier pleine et que j'y ajoute de l'acier en le comprimant sans modifier le volume de la boule, j'augmente alors sa masse et sa densité augmente également ?" oui... mais tu vas avoir du mal !

Je suis content d'avoir pu te renseigner.

A suivre, si tu veux...

[for]

Pour la densité: si tu recois 1KG de plumes sur le pied droit et 1KG de plomd sur le pied gauche, tu comprendra facilement la différence...
Bonne journée

[f6bes]

Environ 6 fois, plutot

Et 1 m3 d'air ~ 1,29 kg aux CNTP

Bjr Gilgamech,
Effectivement j'ai pas chercher à vérifier !
Autant rectifier et donner les bonne valeurs
Ca évitera des "idées fausses" pour ceux qui pourraient prendre mes propos pour argent comptant.

1 m3 d'air ~ 1,29 kg aux CNTP: c'est pour ça que le soir on a parfois mal en la tete et qu'en veillissant on se tasse !!
Cordialement

[nomad83]

Merci encore Ygo, c'est plus que clair cette fois-ci.

Pour le poids, c'est quand même bizarre pour quelqu'un qui connait mal la physique de dire que son poids est égal à une force

Le petit "g" c'est bien la valeur du champ de pesanteur terrestre ? (j'ai cherché sur wikipédia, ils disent qu'il ne faut pas confondre avec l'apesanteur).

J'aime bien la remarque de for. Si je reçois le Kg de plomb sur un pied et un Kg de plumes sur l'autre, c'est donc la différence de densité et non de poids ou de masse qui fera la différence entre les deux "douleurs" ?

Voilà, je pense que c'est tout pour les questions. Je pense que j'en aurais d'autres au fil du temps, j'espère trouver des personnes qui écrivent des réponses aussi constructives, ça aide énormément pour apprendre.

Merci encore une fois.

Bonne soirée.

[Ygo]

Le petit "g" c'est bien la valeur du champ de pesanteur terrestre ? (j'ai cherché sur wikipédia, ils disent qu'il ne faut pas confondre avec l'apesanteur).

J'aime bien la remarque de for. Si je reçois le Kg de plomb sur un pied et un Kg de plumes sur l'autre, c'est donc la différence de densité et non de poids ou de masse qui fera la différence entre les deux "douleurs" ?

Bonsoir à tous

Oui, "g" est bien la valeur qui caractérise le champ de pesanteur terrestre en un point.

"apesanteur" ou "impesanteur" : il s'agit de l'absence apparente de pesanteur que peut observer un passager de la station spatiale par exemple. Je dis bien qu'il s'agit d'une apparence car en réalité la Station, le passager, sa caméra, etc... sont tous attirés par la Terre avec la même valeur de "g" et suivent à la même vitesse des trajectoires pratiquement identiques (et circulaires) , d'où l'impression que les objets "flottent en l'air" dans la cabine.

Je trouve l'expérience proposée par For très suggestive ! Du fait de la grande densité du plomb, l'échantillon de 1 kg aura un petit volume (environ 88 cm3 seulement !) et le choc sera très localisé, donc douloureux, alors que le gros oreiller rempli de plumes atterrira "mollement" et le choc sera réparti sur une grande surface !

Longue vie au Forum !

[nomad83]

Merci pour ces nouvelles explications.

Je continue avec mes questions, j'espère que ça ne te dérange pas.

COmment as-tu déterminé le volume du plomb par rapport à sa quantité ?

J'en viens à cette question maintenant que j'y suis et c'est une question je le reconnais un peu idiote: lorsque la densité change, c'est forcément parce que la masse ou le volume ont dû être modifiés aussi ?

Elle est liée à ces deux paramètres ?

Merci encore.

Bonne soirée et comme tu l'as si bien dit, longue vie au forum.^^

[Ygo]

(...) Je continue avec mes questions, j'espère que ça ne te dérange pas.

COmment as-tu déterminé le volume du plomb par rapport à sa quantité ?

Re-bonsoir

Ne t'inquiète pas pour un éventuel "dérangement" : d'une part ça me fait toujours plaisir de partager les connaissances que j'ai eu la chance de pouvoir acquérir, d'autre part quand j'ai autre chose à faire je ne regarde pas le forum ! Et par rapport à mon ancien métier de prof, l'avantage est que je n'ai plus de copies à corriger...

Pour le volume du plomb, j'avais en tête que la densité de Pb est 11,3.
Cela revient au même de dire que 1 cm3 de plomb a une masse de 11,3 grammes.
Pour un échantillon dont la masse est 1000 g, le volume est V= 1000/11,3 = 88 cm3 à peu près...

A bientôt sur le forum.

[nomad83]

Bonjour.

Merci pour cette explication.

J'ai pu voir un autre documentaire hier, j'ai mieux compris les notions de masse et de densité, même si parfois ça s'embrouille encore un peu dans ma tête.

Donc, un objet, ou une planète dans mon cas, qui a une masse gigantesque, aura forcément un volume tout aussi gigantesque ?

La densité est donc liée à ces paramètres, donc un objet de plus en plus "grand" aura une densité de plus en plus faible ? Je me trompe ?

Dans le cas des étoiles à neutrons, qui ont une très grande quantité de matière dans un tout petit volume (à leur échelle bien sûr) et une densité très élevée, ceci est dû à la supernova ?

Enfin, même si je trouve des explications sur internet, je préfère reposer la question, que représente la masse volumique ? Je connais le calcul (grâce à vous) mais je ne sais pas ce qu'elle représente concrètement ? Sa principale différence avec la masse.

Merci encore pour le temps que vous me consacrez.

A bientôt.

Bon week-end.