Masse volumique, poids volumique et densité relative

Vue d'ensemble

La densité ($\rho$) est la masse par unité de volume et est une propriété physique fondamentale utilisée pour caractériser les substances. À une température et une pression données, la densité est constante pour un matériau pur, ce qui la rend utile pour l'identification et les calculs d'ingénierie.

La gravité spécifique (GS), également appelée densité relative, est le rapport sans dimension de la densité d'une substance à la densité de l'eau à une température de référence — typiquement 4 °C où l'eau atteint sa densité maximale de 1000 kg/m³.

Le poids spécifique ($\gamma$) est le poids gravitationnel par unité de volume, reliant la densité à l'accélération locale de la gravité.

Formules clés

Density

$\rho = \frac{m}{V}$

Masse divisée par le volume. L'unité SI est kg/m³ ; l'unité impériale est slugs/ft³ (bien que lbm/ft³ soit courant en pratique).

Gravité spécifique

$SG = \frac{\rho_{\text{substance}}}{\rho_{\text{H}_2\text{O}}}$

Étant donné que la GS est sans dimension, sa valeur est identique dans les systèmes SI et impériaux. Pour les solides et les liquides, la référence est l'eau ; pour les gaz, la référence est typiquement l'air sec au SNTP (20 °C, 1 atm), où $\rho_{\text{air}} \approx 1.204\;\text{kg/m}^3$.

Poids spécifique

$\gamma = \rho \cdot g$

où $g$ = 9,807 m/s² (SI) ou 32,174 ft/s² (impérial).

Volume spécifique

Le volume spécifique est l'inverse de la densité :

$\nu = \frac{1}{\rho}$

L'unité SI est m³/kg. Dans les unités d'ingénierie impériales, il peut être exprimé en ft³/slug lorsque la densité est en slugs/ft³.

Variables

Conversions d'unités

• 1 slug = 32,174 lbm = 14,594 kg
• 1 kg = 2,2046 lbm = 6,852 × 10⁻² slugs
• Eau à 4 °C : 1000 kg/m³ = 1,940 slugs/ft³ = 62,4 lb/ft³

Gravité spécifique des substances courantes

Poids spécifique des matériaux courants

Tableaux sources originaux restaurés

Les tableaux suivants sont restaurés à partir de la page source originale pour préserver les données de référence complètes.

Gravités spécifiques des substances courantes

Poids spécifique des matériaux courants

Notes d'ingénierie

• Masse vs. poids : La densité utilise la masse (kg, slugs) ; le poids spécifique utilise la force (N, lbf). Confondre la livre-masse (lbm) et la livre-force (lbf) est une source courante d'erreur dans les calculs impériaux.
• Dépendance en température : La densité change avec la température. L'eau est une exception à 4 °C, où elle atteint sa densité maximale. Notez toujours la température de référence lorsque vous rapportez la SG ou la densité.
• Dépendance en pression : Pour les liquides et les solides, l'effet est faible. Pour les gaz, la densité est fortement dépendante de la pression — utilisez la loi des gaz parfaits ($\rho = p / (R\,T)$) ou des modèles de gaz réels si nécessaire.
• SG pour les liquides : Parce que la valeur de SG est égale à la densité en g/mL (ou Mg/m³), elle fournit un moyen rapide d'estimer la densité sans conversion d'unités.
• Composites et alliages : Les valeurs de SG tabulées sont pour les matériaux purs. Les alliages, les polymères et les composites varient en fonction de la composition et du traitement.

Références

• Engineering ToolBox — Densité, Poids spécifique et Gravité spécifique