Utiliser la masse pour comparer, mesurer et prévoir (masse, volume, conservation)
Mesurer une masse avec une balance, l'exprimer avec la bonne unité, et l'utiliser pour comparer des objets ou des matériaux, prévoir une pesée ou vérifier la conservation de la masse lors d'une transformation.
Ce que dit la fiche
Les points essentiels
- La masse mesure la quantité de matière d'un objet. Elle se mesure avec une balance et s'exprime en grammes (g) ou en kilogrammes (kg).
- Les unités de masse se convertissent : 1 kg = 1 000 g et 1 g = 1 000 mg. Pour comparer deux masses, il faut d'abord les exprimer dans la même unité.
- La masse n'est pas le volume : le volume mesure la place occupée par un objet (en mL, en L ou en cm³), la masse mesure la quantité de matière. Un grand objet peut être léger, un petit objet peut être lourd.
- Pour mesurer correctement : poser la balance sur une surface plane et stable, vérifier qu'elle indique 0, utiliser la tare avec un récipient, attendre que l'affichage soit stable, puis lire.
- Quand on déplace un objet ou qu'on le coupe en morceaux, sa masse totale ne change pas. La masse des morceaux additionnés est égale à la masse de l'objet entier.
- Lors d'une transformation (dissolution du sucre dans l'eau, fonte d'un glaçon), la masse totale se conserve si rien n'entre ni ne sort du système. Un matériau qui semble disparaître n'a pas perdu de masse : il est seulement dispersé ou mélangé.
- Comparer des matériaux par la masse n'a de sens qu'à volume égal : à même volume, un matériau dense (comme le fer) a une masse plus grande qu'un matériau peu dense (comme le polystyrène).
- Une mesure de masse comporte une petite incertitude. On annonce le résultat avec l'unité et on compare des valeurs proches avec prudence.
Les mots à connaître
- Masse
- Grandeur qui indique la quantité de matière d'un objet. Elle se mesure avec une balance et s'exprime en grammes (g) ou en kilogrammes (kg).
- Volume
- Grandeur qui indique la place occupée par un objet ou un liquide. On l'exprime en millilitres (mL), en litres (L) ou en cm³. Le volume est différent de la masse.
- Tare
- Fonction de la balance qui remet l'affichage à zéro avec un récipient posé dessus, afin de ne peser que son contenu.
- Conservation de la masse
- Quand on transforme de la matière sans en ajouter ni en retirer, la masse totale avant et après est la même.
La méthode, étape par étape
- Identifier ce qu'on cherche : une masse à mesurer, deux masses à comparer ou une masse à prévoir.
- Préparer la pesée : balance sur une surface plane, affichage à 0, récipient posé puis tare si l'objet doit être contenu.
- Poser l'objet, attendre la stabilité de l'affichage, lire la valeur et noter l'unité.
- Convertir si nécessaire pour que toutes les masses soient dans la même unité (1 kg = 1 000 g).
- Calculer (addition, soustraction) ou comparer, puis vérifier que le résultat est plausible : la masse totale d'un assemblage doit être plus grande que chacune de ses parties.
Des exemples résolus
Léa pèse un pot vide : 120 g. Elle le remplit de sable et la balance indique 470 g. Quelle est la masse du sable ? Puis elle verse le sable sur un plateau et le pot vide est pesé à part : que doit-on trouver pour le pot ?
Masse du sable = masse totale moins masse du pot vide = 470 g − 120 g = 350 g. On aurait obtenu le même résultat en posant le pot vide sur la balance, en appuyant sur la tare, puis en versant le sable : l'affichage aurait donné directement 350 g. Si on pèse le pot vide à part après avoir versé le sable, on retrouve 120 g, car la masse du pot ne change pas. Vérification : 350 g + 120 g = 470 g, la masse totale se conserve.
Dans un verre posé sur une balance, on met 200 g d'eau et 20 g de sucre. Avant de mélanger, la balance affiche 250 g avec le verre (verre seul : 30 g). On remue jusqu'à ce que le sucre disparaisse. Que va indiquer la balance ? Le sucre a-t-il perdu sa masse ? Explique.
Avant mélange : 30 g (verre) + 200 g (eau) + 20 g (sucre) = 250 g, ce qui correspond à l'affichage. Après avoir remué, le sucre est dissous : on ne le voit plus, mais il est toujours dans l'eau (l'eau a un goût sucré). Rien n'est entré ni sorti du verre, donc la balance indique toujours 250 g. Le sucre n'a pas perdu sa masse : il est dispersé en très petits morceaux invisibles dans l'eau. La masse se conserve lors de la dissolution.
Les pièges à éviter
- Confondre masse et volume : croire qu'un objet qui prend plus de place a forcément une masse plus grande. Rectification : un gros morceau de polystyrène peut être plus léger qu'une petite bille de fer. Le volume dit la place occupée, la masse dit la quantité de matière ; seule la balance donne la masse.
- Croire que la masse diminue quand le sucre ou le sel disparaît dans l'eau, ou qu'un glaçon qui fond devient plus léger. Rectification : si on ne retire rien du récipient, la masse totale reste la même ; la matière est dispersée ou a changé d'état, mais elle n'a pas disparu.
Teste-toi
Une boîte de 1,5 kg contient un objet. L'objet seul pèse 400 g. Quelle est la masse de la boîte vide ? Donne ta réponse en grammes.
Voir la réponse
1 100 g
On convertit d'abord : 1,5 kg = 1 500 g. Masse de la boîte vide = masse totale moins masse de l'objet = 1 500 g − 400 g = 1 100 g. Les deux masses doivent être dans la même unité avant de calculer.
On casse un biscuit de 40 g en 5 morceaux sans rien perdre. Quelle masse trouve-t-on en pesant tous les morceaux ensemble ? Justifie.
Voir la réponse
40 g
Casser le biscuit change sa forme mais pas la quantité de matière, puisque rien n'est perdu. La masse des 5 morceaux additionnés est donc égale à la masse du biscuit entier : 40 g.
Tom dit : « Ce cube de bois est plus gros que ce petit cube de plomb, donc il est plus lourd. » A-t-il raison de raisonner ainsi ? Comment comparer les deux matériaux correctement ?
Voir la réponse
Non, son raisonnement est faux : il confond volume et masse.
Un objet plus gros n'est pas forcément plus lourd, car la masse dépend aussi du matériau. Pour comparer correctement, on pèse les deux cubes sur une balance, ou on prend deux échantillons de même volume : le plomb, matériau très dense, aura alors la plus grande masse.
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