Science et technologie s1502

La mesure du volume

Cette fiche explique les manipulations à suivre pour déterminer la mesure du volume d'une substance. 

Le volume représente l'espace occupé par la matière contenue dans un objet ou une substance. Afin d'obtenir une lecture adéquate du volume, il faut tenir compte du ménisque. Toutefois, dépendamment de l'état de la matière, la mesure du volume se fera par des techniques variables.

La lecture du volume d'un liquide

Afin de faire une lecture adéquate du volume présent dans un contenant, il y a quelques règles importantes à respecter.

  • Il faut que le contenant soit placé sur une surface plane. Il est donc important de laisser le récipient sur une table plutôt que de le prendre dans ses mains pour faire la lecture.
  • Il faut tenir compte de la forme d'un liquide dans un récipient, soit le ménisque.

    Le ménisque est la surface courbe d'un liquide qui se forme à l'extrémité supérieure d'un liquide contenu dans un récipient.

  • Il faut baisser les yeux au même niveau que le ménisque du liquide à l'intérieur du récipient. Si l'oeil est placé plus haut ou plus bas que le ménisque, la lecture du volume sera incorrecte.
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  • Si le ménisque est concave, la lecture doit se faire dans le bas du ménisque. Si le ménisque est convexe, la lecture doit se faire dans le haut du ménisque.
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  • Pour trouver adéquatement le volume, il faut trouver l'échelle du cylindre gradué utilisé. Pour ce faire, il faut tout d'abord compter le nombre de graduations (nombre d'espaces) entre deux divisions du cylindre gradué. Il faut ensuite trouver la différence de volume entre ces deux divisions. Finalement, il faut diviser ce volume par le nombre de graduations.

    Pour le cylindre gradué de |\small 10 \: \text{ml}|, il y a dix graduations entre |\small 8 \: \text{ml}| et |\small 9 \: \text{ml}|.
    La différence entre les deux divisions est |\small 1 \: \text{ml}| |(\small 9 \: \text{ml}-\small 8 \: \text{ml} = \small 1 \: \text{ml})|.
    L'échelle de ce cylindre gradué est donc |\displaystyle \frac {\small 1 \: \text{ml}}{\small 10 \: \text{graduations}}=\small 0,1 \: \text{ml} |.

  • Finalement, il suffit de faire la lecture du volume.
    Le volume d'eau dans ce cylindre gradué est de 8,4 ml.
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Le calcul d'échelle doit être fait chaque fois qu'on change d'instrument de mesure, puisque les échelles ne sont pas les mêmes pour chaque instrument. Ainsi, un cylindre gradué de 100 ml n'aura pas la même échelle que le cylindre gradué de 10 ml utilisé dans l'exemple ci-dessus.

La mesure du volume d'un solide

Pour les solides réguliers, il est possible de déterminer le volume à partir des formules mathématiques. La fiche suivante permet de trouver la formule appropriée selon la forme de l'objet dont on cherche le volume.
L'aire et le volume des solides

Méthode #1: Cylindre gradué

On utilise le cylindre gradué pour mesurer le volume des plus petits objets.

Matériel

  • Solide à mesurer
  • Cylindre gradué
  • Eau
  • Tablier ou sarrau
  • Lunettes de sécurité
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Manipulations

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  1. Mettre de l'eau dans le cylindre gradué. Noter le volume d'eau.

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    Afin de s'assurer que la mesure du volume se fasse adéquatement, il est recommandé de mettre un volume d'eau au moins égale à la hauteur du solide à mesurer afin que le solide soit totalement immergé dans l'eau.
    De plus, si un solide soluble dans l'eau est mesuré, il est préférable d'utiliser de l'huile ou de l'alcool.


  2. Déposer délicatement le solide dans le cylindre gradué.
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    Si un cylindre gradué en verre est utilisé, il faut faire très attention lorsqu'on dépose le solide dans le cylindre gradué, car ce dernier pourrait se casser. Il est donc préférable d'incliner légèrement le cylindre gradué, de déposer le solide et ensuite de remettre tranquillement le cylindre gradué à la verticale.
    Il est également possible de placer, dans le fond du cylindre gradué, un objet pouvant amortir le choc, comme un bouchon de caoutchouc, afin d'éviter de briser le cylindre gradué.
    Il faut également s’assurer que le solide ne se coincera pas dans l'ouverture du cylindre; l’embouchure doit être suffisamment large pour accueillir le solide.

  4. Noter le volume d'eau avec le solide.
    s1502i10.jpg 

  5. Calculer le volume du solide à mesurer.

  6. Nettoyer et ranger le matériel.

Si c'est possible, il est recommandé de refaire l'expérience une deuxième fois afin de valider les résultats expérimentaux obtenus la première fois.

Résultats 

Pour déterminer le volume d'un solide, il faut faire la différence entre le volume total du solide et de l'eau (étape 3) et le volume d'eau placé initialement dans le cylindre gradué (étape 1). Cette technique, le déplacement d'eau, permet d'obtenir le volume d'un objet solide.

|{V}_ {{solide}}={V}_ {{eau + solide}}-{V}_ {{eau}}|
|{V}_ {{solide}}| représente le volume du solide ​|(\text {ml})|
|{V}_ {{eau + solide}}| représente le volume de l'eau et du solide ​|(\text {ml})|
|{V}_ {{eau}}| représente le volume de l'eau ​|(\text {ml})|

Il est important de présenter les résultats expérimentaux sous forme de tableau.

Volume du solide

​Volume du solide
​|{V}_ {{eau}}|​|\text {ml}|
​|{V}_ {{eau + solide}}|​​|\text {ml}|
​|{V}_ {{solide}}|​​|\text {ml}|

Méthode #2: Vase à trop-plein

On utilise le vase à trop-plein pour mesurer le volume des objets plus gros, incluant les objets qui ne peuvent pas entrer et sortir de l'embouchure d'un cylindre gradué.

Matériel

  • Solide à mesurer
  • Vase à trop-plein
  • Eau
  • Tablier ou sarrau
  • Lunettes de sécurité
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Manipulations

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  1. Mettre de l'eau dans le vase à trop-plein.

    s1502i12.jpg 

    En remplissant le vase à trop-plein, de l'eau sortira par le déversoir. Il faut donc s'assurer de faire la manipulation au-dessus d'un évier, ou de ramasser l'eau afin d'éviter que quelqu'un ne glisse sur cette eau.


  2. Placer un cylindre gradué sous le déversoir du vase à trop-plein.
  3. s1502i13.jpg  


    Il faut s'assurer que le cylindre gradué soit parfaitement sec, puisque la présence d'eau dans le cylindre influencera le volume mesuré.

  4. Mettre délicatement le solide dans le vase à trop-plein. Simultanément, recueillir l'eau qui s'écoule par le déversoir dans le cylindre gradué.
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    Il est parfois difficile de juger exactement le débit d'eau qui sortira du déversoir. Il est recommandé de procéder calmement afin de bien juger la vitesse avec laquelle l'eau sortira du vase à trop-plein.
    Il faut également éviter de mettre ses doigts dans l'eau, car l'eau déplacée par la présence des doigts sera ajoutée au volume du solide, ce qui influencera la mesure du volume.

  5. Mesurer le volume d'eau dans le cylindre gradué.
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  6. Nettoyer et ranger le matériel.

Si c'est possible, il est recommandé de refaire l'expérience une deuxième fois afin de valider les résultats expérimentaux obtenus la première fois.

Résultats 

Aucun calcul supplémentaire ne doit être effectué, puisque le volume d'eau recueilli dans le cylindre gradué représente le volume du solide.

Il faut tout de même présenter les résultats dans un tableau. En voici un exemple.

Volume du solide

​Volume du solide
​|{V}_ {{solide}}|​​|\text {ml}|

Le volume et ses unités de mesure
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Les exercices
Les références