La balance à triple fléau est l'un des instruments les plus anciens encore utilisés quotidiennement en laboratoire, et l'un des plus fiables : elle compare la masse inconnue placée sur son plateau à des masses étalons coulissantes sur trois fléaux gradués, en n'utilisant que le principe du levier. Parce qu'elle compare des masses plutôt de mesurer une force, sa lecture ne dépend pas de la force de gravité et elle ne nécessite ni piles ni courbe d'étalonnage — seulement un plateau propre et un index correctement remis à zéro. La pesée est l'opération la plus courante en science expérimentale, et presque tous les laboratoires quantitatifs de ce catalogue commencent par elle. Dans ce tutoriel, vous apprendrez la routine complète de pesée sur une balance à triple fléau : la mise à zéro et l'étalonnage de l'instrument, la pesée d'un solide en morceaux (rubans de magnésium) et d'un solide en poudre (oxyde de magnésium), ainsi que l'obtention de la masse de chaque substance par soustraction — en pesant d'abord la nacelle vide, de sorte que la masse du récipient soit éliminée du résultat.
Objectifs Éducatifs
Fonctionnement de la balance à triple faisceau
- Mettez la balance à zéro et étalonnez-la avant l'utilisation, et manipulez les trois curseurs dans le bon ordre — le plus grand d'abord, le plus petit en dernier — pour amener l'aiguille sur le repère zéro.
- Lisez la masse comme la somme des trois positions de fléau.
Technique de pesée
- Peser les solides en morceaux entiers et sous forme de poudre à l'aide d'une barquette de pesée, en manipulant les échantillons avec une pince et une spatule plutôt qu'avec les doigts.
- Obtenir la masse d'une substance par soustraction : (coupelle + substance) − (coupelle vide), de sorte que la masse du récipient s'annule dans le résultat.
Comprendre la précision
- Reconnaissez pourquoi une masse mesurée avec précision et reproductibilité est le fondement de tout résultat quantitatif qui en découle.
Habitudes de laboratoire
- Laissez la station prête pour le prochain utilisateur : les échantillons éliminés dans la poubelle, le bateau rangé et tous les compteurs remis à zéro.
Protocole
Principes de base
1. Avant d'effectuer une pesée, il faut s'assurer que les curseurs de la balance sont à zéro et que le plateau est propre.
2. Vérifier que la flèche noire située à la droite de la balance indique le point zéro (petite ligne noire horizontale). Si la flèche n'est pas alignée avec le point zéro, calibrer la balance avec la petite vis d'ajustement située à gauche de la balance, sous le plateau.
3. Déposer l'objet à peser sur le plateau de la balance.
4. Pour déterminer la masse de l'objet, déplacer vers l'avant le curseur du fléau le plus lourd (à l'aide des petites flèches rouges) jusqu'à ce que la flèche noire descende sous le point zéro, puis le reculer d'un cran pour que la flèche remonte au-dessus du zéro. Répéter l'opération avec le fléau intermédiaire, puis faire glisser le curseur du plus petit fléau jusqu'à ce que la flèche soit parfaitement alignée avec le point zéro.
5. Additionner les masses indiquées sur les trois fléaux pour obtenir la masse de l'objet.
Mesurer la masse d'un solide entier
1. Réglez le niveau de balance à l'aide de la vis de réglage.
2. Peser la nacelle de pesée vide à l'aide de la balance.
3. Mettre tous les rubans de magnésium dans la nacelle sur le plateau de la balance à l'aide de la pince.
4. Peser la nacelle et les rubans.
5. Calculer la masse de la substance de la façon suivante : (masse de la nacelle et des rubans) – (masse de la nacelle vide).
6. Jeter les rubans de magnésium dans la poubelle noire et replacer la nacelle vide sur le comptoir.
Mesurer la masse d'un solide en poudre
1. Prélever 5 mL de poudre d'oxyde de magnésium à l'aide de la grosse spatule et la déposer dans la nacelle.
2. Peser la nacelle et la poudre d'oxyde de magnésium.
3. Calculer la masse de la substance de la façon suivante : (masse de la nacelle et de la poudre) – (masse de la nacelle vide).
4. Jeter la poudre d'oxyde de magnésium dans la poubelle noire et replacer la nacelle vide sur le comptoir.
5. Remettre les curseurs de la balance à zéro.
Résultats attendus
Ce tutoriel démontre des compétences plutôt que de tester une hypothèse : à la fin de celui-ci, l'étudiant sait tarer une balance, manipuler les curseurs dans le bon ordre et peser par différence de sorte que la masse de la coupelle s'annule. Les deux exercices ont des lectures attendues bien définies. Les substances sont du Mg(s) en rubans et du MgO(s) en poudre. Un ruban de magnésium pèse 0,55 g, et il y a cinq rubans dans le récipient, de sorte que l'ensemble pesé devrait atteindre 2,75 g après soustraction de la masse de la coupelle vide. La poudre d'oxyde de magnésium a une densité indiquée de 3,58 g/mL, de sorte que la portion de 5 mL prélevée avec la grande spatule devrait peser 17,9 g selon la même soustraction. Obtenir ces deux chiffres, et être capable d'expliquer pourquoi la masse de la coupelle elle-même n'apparaît nulle part en eux, est tout l'intérêt de l'exercice.
Résumé du devoir par tranche d'âge
Classe de 3e à la 2de
Accent sur la technique correcte. Les élèves mettent la balance à zéro et la calibrent, pèsent les rubans et la poudre en suivant le protocole, et obtiennent les deux masses par soustraction. La réussite est procédurale : les curseurs ont fonctionné dans le bon ordre, l'aiguille s'est immobilisée sur zéro, la lecture a été enregistrée comme la somme des trois fléaux, et le poste a été laissé propre avec les curseurs remis à zéro.
11e année
Objectif : lecture et enregistrement avec précision. Les élèves enregistrent chaque masse jusqu'à la plus petite graduation que le plus petit fléau supporte, reportent le nombre correct de chiffres significatifs lors de la soustraction et vérifient le résultat du ruban par rapport aux 0,55 g par ruban indiqués. Ils sont capables d'expliquer pourquoi la méthode de soustraction nécessite deux lectures.
12e année / Niveau universitaire
Focus : l'instrument lui-même. Les élèves expliquent pourquoi une balance à fléau mesure la masse plutôt que le poids — les deux côtés de la comparaison subissent la même gravité, donc $g$ s'annule — et pourquoi sa lecture serait identique sur la Lune alors que celle d'un pèse-ressort ne le serait pas. Ils argumentent pourquoi la pesée par tare est la pratique standard pour tout ce qui ne peut pas être posé directement sur le plateau.
Essentiels de laboratoire
Instruments
- Balance à triple fléau
- Nacelle de pesée
- Grosse spatule
- Pince à épiler
- Poubelle
Produits
- Magnésium (rubans)
- Oxyde de magnésium (poudre)