La densité est un nombre sans dimension, égal au rapport d'une masse d'une substance homogène à la masse du même volume d'eau pure à la température de 3,98 °C.
Par définition, la densité de l'eau pure à 3,98 °C est égale à 1 ; la valeur de la densité (La densité ou densité relative d'un corps est le rapport de sa masse volumique à la masse volumique d'un corps pris comme référence. Le corps...) permet de déterminer la flottabilité (Dans un liquide, les corps sont soumis à la poussée d'Archimède. Les corps ont une flottabilité différente selon leur masse volumique.) d'un matériau (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne pour en faire des objets. C'est donc une matière de base sélectionnée en raison...) dans de l'eau (L’eau est un composé chimique ubiquitaire sur la Terre, essentiel pour tous les organismes vivants connus.) pure : si cette valeur est inférieure à 1 (celle de l'eau), un bloc de matériau flottera (puisqu'à volume (Le volume, en sciences physiques ou mathématiques, est une grandeur qui mesure l'extension d'un objet ou d'une partie de l'espace.) égal, il subira immergé dans l'eau une poussée (En aérodynamique, la poussée est la force exercée par le déplacement de l'air brassé par un moteur, dans le sens inverse de l'avancement.) supérieure à son propre poids).
La définition (Une définition est un discours qui dit ce qu'est une chose ou ce que signifie un nom. D'où la division entre les définitions réelles et les...) de la densité permet sa mesure en laboratoire. Elle peut aussi se calculer en divisant la masse volumique (Pour toute substance homogène, le rapport de la masse m correspondant à un volume V de cette substance est indépendante de la quantité choisie : c'est une caractéristique du matériau appelée...) de la substance par 1000 kg/m3, masse (Le terme masse est utilisé pour désigner deux grandeurs attachées à un corps : l'une quantifie l'inertie du corps (la masse inerte) et l'autre la contribution du corps à la force...) volumique de l'eau pure à 3,98 °C.
Les densités les plus importantes connues sont peut-être atteintes dans les étoiles à neutrons. La singularité (D'une manière générale, le mot singularité décrit le caractère singulier de quelque chose ou de quelqu'un. En particulier, le terme est employé dans les...) gravitationnelle au centre d'un trou noir (En astrophysique, un trou noir est un objet massif dont le champ gravitationnel est si intense qu’il empêche toute forme de matière ou de rayonnement de...), conformément à la relativité générale (La relativité générale, fondée sur le principe de covariance générale qui étend le principe de relativité aux référentiels non-inertiels, est une théorie relativiste de la...), n'a pas de volume et sa densité peut ainsi être vue (La vue est le sens qui permet d'observer et d'analyser l'environnement par la réception et l'interprétation des rayonnements lumineux.) comme infinie ou inexistante.
Les substances les plus denses sur Terre (La Terre est la troisième planète du Système solaire par ordre de distance croissante au Soleil, et la quatrième par taille et par masse croissantes. C'est la plus grande et la...) sont l'osmium et l'iridium (L'iridium est un élément chimique de symbole Ir et de numéro atomique 77.), dont la densité dépasse 22,6.
Il est assez facile de mesurer la densité d'un corps solide insoluble et imperméable.
On en déduit que le plomb a une densité de 90/8 = 11,25 ; la température (La température est une grandeur physique mesurée à l'aide d'un thermomètre et étudiée en thermométrie. Dans la vie courante, elle est reliée aux...) de l'eau étant de 18 °C. ( une expérience parfaite aurait été réalisée à 3,98°. Ici, on peut considérer que l'on mesure la "densité du plomb relative à de l'eau à 18°C" et non la "densité du plomb" définie par la norme)
Attention : le plomb est toxique ; ne pas utiliser l'eau ou le récipient pour boire. Se rincer les mains après manipulation.
On en déduit que le liège a une densité de 12/52 = 0,23 ; la température de l'eau étant de 18 °C. (même remarque que pour l'exemple du plomb. Cette mesure est celle de la "densité du liège relative à l'eau à 18°C".)
Parler de " densité relative " constitue a priori un pléonasme. Cependant, il peut être utile de faire des comparaisons dans des conditions hors normes. On peut par exemple avoir besoin (Les besoins se situent au niveau de l'interaction entre l'individu et l'environnement. Il est souvent fait un classement des besoins humains en trois grandes catégories : les...) de comparer, à la température ambiante, une pièce réalisée en bronze (Le bronze est le nom générique des alliages de cuivre et d'étain. Le terme airain désigne aussi le bronze, mais est plutôt employé en...) (densité 8,1) à la même pièce réalisée dans un alliage (Un alliage est une combinaison d'un métal avec un ou plusieurs autres éléments chimiques.) d'aluminium (L'aluminium est un élément chimique, de symbole Al et de numéro atomique 13. C’est un élément important sur la Terre avec...) (densité 2,7). On pourra dire alors que le bronze est (relativement) trois fois plus dense que l'aluminium, ou que la densité (relative) du bronze par rapport à l'aluminium est de 3. Ce n'est pas le caractère relatif qui change, mais la référence.
La référence de l'eau est à 3,98°C car lors de la diminution de température de l'eau son volume baisse, jusqu'à 3,98 °C, et augmente si l'on continue de refroidir jusqu'à la congélation (On appelle congélation toutes technique visant à faire passer un produit à l'état solide par des techniques de refroidissement...). Dans le domaine des mesures, le fait de prendre comme référence une propriété physique (La physique (du grec φυσις, la nature) est étymologiquement la « science de la nature ». Dans un sens...) qui passe par un extremum (L'expression « élément extremum » signifie « élément maximum » ou « élément minimum ».) est très intéressant : au voisinage (La notion de voisinage correspond à une approche axiomatique équivalente à celle de la topologie. La topologie traite plus naturellement les...) de 3,98 °C, la masse volumique de l'eau reste sensiblement constante, on n'a donc pas besoin de déterminer la température avec une grande précision, ce qui ne serait pas le cas aux autres températures. La masse volumique et la densité de l'eau sont maximales à 3,98 °C à la pression atmosphérique (La pression atmosphérique est la pression de l'air en un point quelconque d'une atmosphère.) normale.
Cette particularité permet à l'eau tiède, à l'eau très froide et à la glace (La glace est de l'eau à l'état solide.) de flotter au-dessus de l'eau à 3,98 °C. Si l'eau se comportait comme la plupart des autres corps, la glace tomberait au fond des lacs, des rivières et des océans (Océans stylisé Ωcéans est un documentaire français réalisé par Jacques Perrin et Jacques Cluzaud dont le tournage a commencé en 2004 et produit en 2009.), où la vie (La vie est le nom donné :) serait alors pratiquement impossible, du moins sous la forme que nous connaissons.
Parmi les métaux moins denses à l'état solide qu'à l'état liquide (La phase liquide est un état de la matière. Sous cette forme, la matière est facilement déformable mais difficilement compressible.), il existe l'argent (L’argent ou argent métal est un élément chimique de symbole Ag — du latin Argentum — et de numéro atomique 47.) et le bismuth (Le bismuth est un élément chimique de la famille des pnictogènes, de symbole Bi et de numéro atomique 83.). Cela pose des problèmes importants lors du moulage, à cause du gonflement qui accompagne la solidification (La solidification est l'opération au cours de laquelle un liquide passe à l'état solide. Cela peut se faire par refroidissement (cas le plus courant), par augmentation de la pression, ou bien par une...).