Masse et volume
Activités et Leçons
💡 Que sais-je ? (Échauffement à l'oral)
Pour débuter ce nouveau chapitre, testons tes idées et tes réflexions à l'oral avec ce petit quiz d'introduction. Clique sur l'image pour lancer les questions !
⚖️ 1. La balance en équilibre
Observe attentivement la balance ci-dessous. Le fléau est parfaitement horizontal (la balance est en équilibre).
Sur le plateau de droite, on a placé une masselotte de 100 g.
Quelle est la masse du paquet de riz posé sur le plateau de gauche ? Explique ta réponse à l'oral.
🧪 2. Mesurer des volumes de liquide
Observe bien les deux récipients gradués ci-dessous : un biberon et une seringue.
Quel est le volume de liquide présent dans chacun d'eux ? N'oublie pas de préciser l'unité de mesure !
🪶 3. Plumes ou Plomb : Le grand dilemme !
D'après toi, qu'est-ce qui est le plus lourd : 1 kilogramme de plumes ou 1 kilogramme de plomb ?
Prends le temps de bien réfléchir avant de donner ton explication à l'oral !
🎯 Problématique du Chapitre 2
Dans notre quotidien, nous manipulons toutes sortes d'objets et de substances. Mais comment les scientifiques décrivent-ils et mesurent-ils la matière ?
Comment mesurer avec précision la masse d'un solide, d'un liquide ou même d'un gaz ?
Quels instruments et quelles unités utilise-t-on pour mesurer l'espace occupé par la matière (son volume) ?
Deux objets qui ont la même taille ont-ils toujours la même masse ? Masse et volume sont-ils liés ?
1. Volume d'air expiré
🤔 Problématique
L'air qui nous entoure est invisible et pourtant indispensable. Lorsque nous respirons, nous faisons entrer et sortir de l'air de notre corps.
Comment mesurer la place occupée (le volume) par l'air que nous expirons ?
📂 Ressources
Doc. 1 Respiration des êtres humains au cours d'une journée
Grâce à la respiration, les êtres humains renouvellent l'air dans leurs poumons environ 23 000 fois par jour ! Ce processus indispensable comporte deux phases importantes :
- L'inspiration : c'est le moment où l'air pénètre dans les poumons pour apporter l'oxygène nécessaire au corps.
- L'expiration : c'est le moment où l'air est rejeté à l'extérieur des poumons.
Chaque expiration d'air possède un volume : cela signifie que ce gaz occupe une certaine partie de l'espace, même si on ne le voit pas.
Sportive évaluant ses capacités respiratoires à l'aide d'un appareil mesurant le volume d'air expiré.
Doc. 2 Éprouvette graduée et mesure de volume d'eau
Une éprouvette graduée est un instrument permettant de mesurer des volumes. Celles que l'on utilise en sciences permettent de mesurer des volumes en millilitres (mL).
- La précision : plus l'écart entre deux graduations (traits) est petit, plus l'éprouvette graduée est précise.
- Le ménisque : la surface d'un liquide dans un tube forme une petite cuvette courbée appelée le ménisque.
Pour mesurer correctement le volume de liquide, on place son œil à l'horizontale et on repère la graduation atteinte par le bas du ménisque (le creux de la surface). Ici, le volume mesuré est de 350 mL.
Lecture du volume au bas du ménisque à hauteur des yeux (350 mL).
🔬 Expérimentation
🎈 Expérience : La méthode du ballon de baudruche
Mesure du volume d'air des poumons🧰 Matériel nécessaire :
- 1 ballon de baudruche par élève (préalablement étiré plusieurs fois pour bien l'assouplir).
- 1 morceau de ficelle (ou un mètre ruban souple).
- 1 règle graduée (de 30 cm ou plus).
📋 Protocole expérimental :
L'élève inspire le plus possible, puis expire le maximum d'air dans le ballon en un seul souffle continu. Il pince ensuite fermement l'ouverture avec ses doigts pour bloquer l'air (sans faire de nœud).
Étape 1 : Expiration maximale en un souffle
Avec la ficelle, il fait le tour du ballon au niveau le plus large (la circonférence). Il repère précisément la longueur avec ses doigts, puis mesure ce morceau de ficelle posé à plat sur la règle graduée.
Étape 2 : Mesure de la circonférence sur la règle
📐 Formules pour calculer le volume d'air contenu dans le ballon
En considérant que le ballon gonflé forme une sphère (une boule), on utilise les formules mathématiques suivantes :
• 1 cm³ = 1 mL (1 centimètre cube est égal à 1 millilitre)
• Pour convertir en Litres (L), on divise le résultat en mL par 1 000 (car 1 L = 1 000 mL).
🧮 Calculateur automatique du volume d'air expiré
Tape la circonférence de ton ballon mesurée avec ta règle pour calculer instantanément ton volume d'air !
📚 Vocabulaire à retenir
Phase de la respiration où l'air entre dans les poumons.
Phase de la respiration où l'air sort des poumons vers l'extérieur.
Espace à 3 dimensions occupé par un corps ou une substance (gaz, liquide ou solide).
Surface incurvée que forme un liquide au contact d'un récipient étroit. On effectue la lecture au niveau du creux (le bas du ménisque).
2. Lien entre masse et volume
🛸 Mission « Rover Éco-Explorateur »
« Bonjour jeunes ingénieurs ! Votre équipe a été sélectionnée par l'Agence Spatiale pour concevoir un nouveau robot d'exploration capable de se déplacer sur une planète inconnue.
Pour réussir la mission, le robot doit être solide mais le plus léger possible pour ne pas trop consommer de carburant au décollage. De plus, son réservoir de carburant à liquide doit être parfaitement dosé pour éviter toute surcharge.
Le chef de mission vous a laissé des échantillons de carrosserie et des fluides dans le laboratoire. À vous de mener l'enquête pour faire les bons choix scientifiques ! »
Comment le lien entre la masse et le volume permet-il de choisir les matériaux les plus adaptés à la carrosserie du rover et de doser son carburant ?
Un rover d'exploration se posant à la surface d'une planète inconnue (image de la mission spatiale NASA Persévérance).
🧱 Mission 1 : « À même volume, même masse ? »
Les Solides - Carrosserie🛡️ Contexte de la mission : « Le choix du blindage »
Quatre entreprises ont envoyé un échantillon de matériau pour fabriquer la carrosserie du robot : de l'acier, du cuivre, de l'aluminium et du PVC. Le chef de mission remarque qu'ils ont tous été découpés exactement aux mêmes dimensions (même longueur, même largeur, même épaisseur). Pourtant, le transporteur affirme que l'un d'eux est beaucoup plus lourd que les autres.
🎯 Problématique : Quel est le matériau le plus léger que l'on doit choisir pour la carrosserie à volume égal ?
Des échantillons de métaux réels envoyés par les entreprises (acier, cuivre, aluminium...).
🧰 Matériel nécessaire :
- Les 4 plaques de carrosserie : acier, cuivre, aluminium et PVC.
- 1 balance pour mesurer les masses.
- 1 règle graduée pour vérifier les dimensions.
Avec la règle graduée, les élèves vérifient que les 4 plaques ont rigoureusement la même longueur, la même largeur et la même épaisseur.
« Si elles ont la même taille, ont-elles la même masse sur la balance ? »
📝 Réalise la mission sur ta fiche d'activité : contexte, mesures à la règle graduée, hypothèses, classement et conclusion (questions 1 à 6) !
🧪 Mission 2 : « Et pour les liquides ? »
Liquides & Proportionnalité - Carburant🫗 Contexte de la mission : « Le mystère du réservoir »
Pour faire fonctionner le moteur du robot, deux carburants sont disponibles dans des bidons de 33 cL : un fluide bleu et un fluide transparent. L'équipe doit savoir lequel alourdira le moins le réservoir, et doit être capable de prévoir précisément la masse totale si on décide d'embarquer 1, 2 ou 3 réservoirs à bord.
🎯 Problématique : Si on double ou triple le volume de liquide emporté, que devient la masse mesurée sur la balance ?
💧 Le fluide transparent
🫗 Le fluide bleu
🧰 Matériel nécessaire :
- Des petites bouteilles identiques de 33 cL, déjà remplies de fluide.
- Les deux carburants à tester : le fluide bleu et le fluide transparent, pour le réservoir du rover.
- 1 balance.
🅰️ Comparaison des deux carburants : Fluide bleu vs Fluide transparent
L'équipe reçoit deux bouteilles identiques déjà remplies : l'une de fluide transparent, l'autre de fluide bleu.
Vérifier que les niveaux des deux bouteilles sont exactement au même endroit : chacune contient 33 cL de fluide.
Peser les deux bouteilles sur la balance et comparer les masses.
🅱️ Mise en évidence de la proportionnalité (Masse / Volume)
🎯 Objectif : montrer que pour un même fluide (ici le fluide transparent), la masse et le volume sont proportionnels.
- Noter la masse d'une bouteille vide (ou faire la tare) pour ne peser que le fluide.
- Peser 1 bouteille de fluide transparent.
- Peser 2 bouteilles de fluide transparent.
- Peser 3 bouteilles de fluide transparent.
📝 Réalise la mission sur ta fiche d'activité : pesée des carburants, tableau de proportionnalité et conclusion (questions 7 à 14) !
📚 Vocabulaire à retenir
Quantité de matière contenue dans un objet. Elle se mesure avec une balance, en grammes (g) ou kilogrammes (kg).
Espace occupé par un objet ou une substance. Il se mesure en litres (L), millilitres (mL) ou centimètres cubes (cm³).
Relation entre deux grandeurs : si l'une est multipliée par un nombre, l'autre est multipliée par le même nombre.
Action de mettre la balance à zéro avec le récipient vide, pour ne mesurer que la masse du contenu.
Connaissances et compétences attendues en fin de sixième
| Domaine : Masse et volume |
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