--- title: "Solides, liquides, gaz" book: "Physique du primaire et du collège" subject: physics language: fr chapter: 14 exercises: 11 source: https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/14-solides-liquides-gaz --- # Chapitre 14 — Solides, liquides, gaz Une pierre, un verre de lait, l’[air](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/10-lair-autour-de-nous#def-g2-air-around-us-air) d’un ballon : trois sortes de matière qui se comportent de trois façons complètement différentes. L’an dernier, l’eau nous a montré ses trois états ; cette année, nous découvrons que *toute* la matière se trouve dans l’un de ces trois états — et que chaque état a des règles strictes. ## 14.1 Trois familles de matière Toute la matière du monde peut être rangée en trois familles, appelées les trois *états* : [solide](#def-g3-solids-liquids-gases-solid) comme la pierre, [liquide](#def-g3-solids-liquids-gases-liquid) comme le lait, gazeux comme l’[air](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/10-lair-autour-de-nous#def-g2-air-around-us-air). La glace, l’eau et la vapeur ont été notre premier exemple : une seule matière qui rend visite aux trois familles. Apprenons maintenant les règles de chacune. ## 14.2 Les solides gardent leur forme **Définition 14.1 (Solide).** Un *solide* est une matière qui garde sa propre forme. Une clé garde son zigzag dans ta poche, dans un tiroir ou sous l’eau. On peut tenir un solide entre deux doigts, et le déplacer ne change pas son allure. Certains solides sont durs (la pierre), d’autres mous (le pain), d’autres souples (un élastique) — mais, laissé tranquille, chacun garde sa forme. **Exemple 14.2 (Un solide fait de grains).** Le sable semble enfreindre la règle : versé d’un seau, il prend la forme de son tas, presque comme un [liquide](#def-g3-solids-liquids-gases-liquid). Mais regarde de près : le sable est une foule de minuscules grains [solides](#def-g3-solids-liquids-gases-solid), et *chaque grain* garde parfaitement sa forme. La farine, le sucre et le riz jouent le même tour — des foules de petits [solides](#def-g3-solids-liquids-gases-solid) qui s’écoulent ensemble alors que chaque membre reste [solide](#def-g3-solids-liquids-gases-solid). ## 14.3 Les liquides coulent — mais gardent leur quantité **Définition 14.3 (Liquide).** Un *liquide* est une matière qui [coule](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/5-flotter-et-couler#def-g1-floating-and-sinking-words) : il n’a pas de forme propre et prend la forme du récipient qui le contient. Mais un liquide garde sa *quantité* : verse un verre plein de lait dans un bol et cela reste la même quantité de lait — pas une goutte de plus ni de moins, seulement une nouvelle forme. ![Un verre de lait versé de récipient en récipient : la forme obéit au récipient, la quantité n’obéit à personne.](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/physics-1/g3-solids-liquids-gases/fig-38ade06aeda2.svg) *Un verre de lait versé de récipient en récipient : la forme obéit au récipient, la quantité n’obéit à personne.* **Proposition 14.4 (Un liquide au repos a une surface horizontale).** La surface d’un [liquide](#def-g3-solids-liquids-gases-liquid) au repos est toujours plane et horizontale — parallèle au sol. Penche la bouteille : l’eau à l’intérieur ne penche pas avec elle ; sa surface reste horizontale pendant que la bouteille s’incline. ![Penche la bouteille comme tu veux : la surface de l’eau refuse de pencher. Un liquide au repos reste toujours horizontal.](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/physics-1/g3-solids-liquids-gases/fig-e553903af923.svg) *Penche la bouteille comme tu veux : la surface de l’eau refuse de pencher. Un [liquide](#def-g3-solids-liquids-gases-liquid) au repos reste toujours horizontal.* **Exemple 14.5 (L’horizontale au travail).** Les maçons se servent de cette loi tous les jours : leur *niveau à bulle* est une petite fenêtre remplie de [liquide](#def-g3-solids-liquids-gases-liquid), avec une seule bulle ; quand la bulle se place entre ses repères, l’étagère est aussi horizontale que le [liquide](#def-g3-solids-liquids-gases-liquid) qu’elle contient. Et au petit-déjeuner, observe le jus dans une brique inclinée : quelle que soit la façon dont tu la penches, la surface reste plane et horizontale à l’intérieur — jusqu’à ce qu’elle trouve le bec. ## 14.4 Les gaz remplissent tout **Définition 14.6 (Gaz).** Un *gaz* est une matière qui s’étale pour occuper *toute* la place qu’on lui donne. L’[air](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/10-lair-autour-de-nous#def-g2-air-around-us-air) est un gaz : mets-le dans une bouteille, il en remplit le moindre recoin ; ouvre la bouteille dans une pièce plus grande, et il se répand aussi dans toute la pièce. Un gaz n’a ni forme propre ni place de repos — offre-lui plus d’espace, et il prend tout. **Exemple 14.7 (Le parfum voyageur).** Quelqu’un ouvre un flacon de parfum à un bout de la pièce. Un instant plus tard, les nez de l’*autre* bout le remarquent. Le [gaz](#def-g3-solids-liquids-gases-gas) du parfum n’est pas resté poliment près de son flacon : libéré, il s’est répandu dans tout l’[air](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/10-lair-autour-de-nous#def-g2-air-around-us-air) de la pièce, d’un coin à l’autre — exactement ce que fait toujours la famille des [gaz](#def-g3-solids-liquids-gases-gas). ![Un gaz en liberté : lâché dans un coin, il se répand jusqu’à remplir la pièce entière.](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/physics-1/g3-solids-liquids-gases/fig-b20812ba740f.svg) *Un [gaz](#def-g3-solids-liquids-gases-gas) en liberté : lâché dans un coin, il se répand jusqu’à remplir la pièce entière.* ![La plupart des gaz sont invisibles — mais pas tous. Ce tube de verre scellé contient du brome, un gaz d’une vraie couleur brun-orangé : on le voit remplir chaque recoin de son récipient, jusqu’au verre. Photo : James St. John, CC BY 2.0 (recadrée).](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/physics-1/g3-solids-liquids-gases/img-e1578863ccef.jpg) *La plupart des [gaz](#def-g3-solids-liquids-gases-gas) sont invisibles — mais pas tous. Ce tube de verre scellé contient du brome, un [gaz](#def-g3-solids-liquids-gases-gas) d’une vraie couleur brun-orangé : on le *voit* remplir chaque recoin de son récipient, jusqu’au verre. *Photo : James St. John, CC BY 2.0 (recadrée).** **Remarque 14.8 (Ranger les cas délicats).** Certaines matières demandent un œil attentif. Le miel [coule](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/5-flotter-et-couler#def-g1-floating-and-sinking-words) — lentement, mais il [coule](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/5-flotter-et-couler#def-g1-floating-and-sinking-words), prend la forme de son récipient et garde sa quantité : c’est un [liquide](#def-g3-solids-liquids-gases-liquid), seulement un [liquide](#def-g3-solids-liquids-gases-liquid) paresseux. Le dentifrice et le ketchup coulent quand on les presse : des [liquides](#def-g3-solids-liquids-gases-liquid) épais. Une éponge est un [solide](#def-g3-solids-liquids-gases-solid) plein de trous remplis d’[air](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/10-lair-autour-de-nous#def-g2-air-around-us-air). Et la fumée ? De minuscules poussières [solides](#def-g3-solids-liquids-gases-solid) portées par un [gaz](#def-g3-solids-liquids-gases-gas) chaud. En cas de doute, pose les questions de la famille : garde-t-il sa forme ? coule-t-il ? remplit-il toute la place qu’on lui donne ? ## 14.5 Exercices **Exercice 14.1 ★.** Range dans les trois familles : une pièce de monnaie ; du jus d’orange ; l’[air](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/10-lair-autour-de-nous#def-g2-air-around-us-air) d’un pneu ; une perle de bois ; de l’huile ; la vapeur d’eau de l’espace transparent au-dessus d’une casserole qui bout. **Solution de Exercice 14.1.** [Solides](#def-g3-solids-liquids-gases-solid) : la pièce de monnaie, la perle de bois. [Liquides](#def-g3-solids-liquids-gases-liquid) : le jus d’orange, l’huile. [Gaz](#def-g3-solids-liquids-gases-gas) : l’[air](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/10-lair-autour-de-nous#def-g2-air-around-us-air) du pneu, la vapeur d’eau invisible de l’espace transparent. **Exercice 14.2 ★.** Que garde un [solide](#def-g3-solids-liquids-gases-solid) qu’un [liquide](#def-g3-solids-liquids-gases-liquid) ne garde pas ? Que garde un [liquide](#def-g3-solids-liquids-gases-liquid) quand on le verse d’un verre dans un bol ? **Solution de Exercice 14.2.** Un [solide](#def-g3-solids-liquids-gases-solid) garde sa propre forme ; un [liquide](#def-g3-solids-liquids-gases-liquid) non. Versé d’un verre dans un bol, un [liquide](#def-g3-solids-liquids-gases-liquid) garde sa *quantité*. **Exercice 14.3 ★.** Une bouteille pleine de limonade est versée dans un large saladier. Y a-t-il maintenant plus de limonade, moins, ou la même quantité ? Qu’est-ce qui a changé ? **Solution de Exercice 14.3.** La même quantité — seule la forme a changé, de la forme de la bouteille à celle du large saladier. **Exercice 14.4 ★.** Dessine un aquarium à moitié plein d’eau : d’abord posé bien à plat, puis basculé sur une arête. Dessine la surface de l’eau dans les deux cas — comment est-elle placée ? **Solution de Exercice 14.4.** Dans les deux dessins, la surface de l’eau est plane et horizontale, parallèle au sol — dans l’aquarium basculé, la surface ne penche pas avec le verre ; l’eau se rassemble du côté bas. **Exercice 14.5 ★.** Comment le niveau à bulle d’un maçon dit-il qu’une étagère est horizontale ? Quelle loi de ce chapitre utilise-t-il ? **Solution de Exercice 14.5.** Le [liquide](#def-g3-solids-liquids-gases-liquid) de sa petite fenêtre reste toujours horizontal, et la bulle montre donc où est le haut : la bulle entre les repères signifie que l’étagère suit le [liquide](#def-g3-solids-liquids-gases-liquid) horizontal. Il utilise la loi selon laquelle un [liquide](#def-g3-solids-liquids-gases-liquid) au repos a une surface horizontale. **Exercice 14.6 ★.** Pourquoi l’odeur des crêpes arrive-t-elle jusqu’à ta chambre, à l’étage ? Quelle famille est à l’œuvre, et quelle est sa règle ? **Solution de Exercice 14.6.** La famille des [gaz](#def-g3-solids-liquids-gases-gas). L’odeur des crêpes est un [gaz](#def-g3-solids-liquids-gases-gas), et un [gaz](#def-g3-solids-liquids-gases-gas) s’étale pour occuper toute la place qu’on lui donne — cuisine, escalier, chambre. **Exercice 14.7 ★.** Le sable se verse comme un [liquide](#def-g3-solids-liquids-gases-liquid), et pourtant nous le disons [solide](#def-g3-solids-liquids-gases-solid). Explique, à l’aide de [Exemple 14.2](#ex-g3-solids-liquids-gases-sand). **Solution de Exercice 14.7.** Le sable est une foule de minuscules grains [solides](#def-g3-solids-liquids-gases-solid). La foule s’écoule et prend la forme de son tas, mais chaque grain garde parfaitement sa propre forme — chaque grain est donc un vrai [solide](#def-g3-solids-liquids-gases-solid). **Exercice 14.8 ★.** Le miel met une minute entière à [couler](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/5-flotter-et-couler#def-g1-floating-and-sinking-words) de la cuillère. [Solide](#def-g3-solids-liquids-gases-solid) ou [liquide](#def-g3-solids-liquids-gases-liquid) ? Pose les questions de la famille de [Remarque 14.8](#rem-g3-solids-liquids-gases-tricky) et réponds. **Solution de Exercice 14.8.** Il [coule](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/5-flotter-et-couler#def-g1-floating-and-sinking-words) (lentement), prend la forme de son récipient et garde sa quantité : le miel répond aux questions comme un [liquide](#def-g3-solids-liquids-gases-liquid) — un [liquide](#def-g3-solids-liquids-gases-liquid) paresseux. **Exercice 14.9 ★.** Quelle famille : garde sa propre forme ? prend la forme de son récipient mais garde sa quantité ? occupe toute la place qu’elle peut ? Donne un membre de chaque famille trouvé dans ta cuisine. **Solution de Exercice 14.9.** Garde sa forme : un [solide](#def-g3-solids-liquids-gases-solid) (une cuillère). Prend la forme du récipient mais garde sa quantité : un [liquide](#def-g3-solids-liquids-gases-liquid) (le lait). Occupe toute la place : un [gaz](#def-g3-solids-liquids-gases-gas) (l’[air](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/10-lair-autour-de-nous#def-g2-air-around-us-air) de la cuisine). **Exercice 14.10 ★★.** Un glaçon ([solide](#def-g3-solids-liquids-gases-solid)) fond en eau ([liquide](#def-g3-solids-liquids-gases-liquid)), que le soleil d’été sèche en eau volante invisible ([gaz](#def-g3-solids-liquids-gases-gas)). Quelle règle de famille se rompt à chaque étape : que la matière cesse-t-elle de garder quand la glace fond ? et quand l’eau [s’évapore](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/9-glace-eau-vapeur#def-g2-ice-water-steam-evapcond) ? **Solution de Exercice 14.10.** Quand la glace fond, la matière cesse de garder sa *forme* propre (mais garde encore sa quantité). Quand l’eau [s’évapore](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/9-glace-eau-vapeur#def-g2-ice-water-steam-evapcond), elle cesse même de garder sa *place* : à l’état de [gaz](#def-g3-solids-liquids-gases-gas), elle se répand dans tout l’espace disponible. **Exercice 14.11 ★★.** Un ballon de baudruche est gonflé puis noué. Mira dit que l’[air](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/10-lair-autour-de-nous#def-g2-air-around-us-air) à l’intérieur a « la forme du ballon, donc un [gaz](#def-g3-solids-liquids-gases-gas) a bien une forme ». Explique ce qui donne vraiment la forme, et ce que ferait l’[air](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/10-lair-autour-de-nous#def-g2-air-around-us-air) à l’instant où le ballon éclaterait. **Solution de Exercice 14.11.** C’est la peau de caoutchouc qui donne la forme : c’est une cage [solide](#def-g3-solids-liquids-gases-solid) tendue, et l’[air](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/10-lair-autour-de-nous#def-g2-air-around-us-air) comprimé en remplit le moindre recoin, quelle que soit la forme de la cage. Fais éclater le ballon, et l’[air](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/10-lair-autour-de-nous#def-g2-air-around-us-air) se répand aussitôt dans toute la pièce — montrant qu’il n’a jamais eu de forme propre.