Chapitre 14
Espace

Savoir-faire de ce chapitre
G70Reconnaître et nommer pavé droit, cube, prisme droit, cylindre, pyramide, cône et boule.
G71Décrire un pavé droit ou un cube.
G72Reconnaître, compléter ou construire le patron d'un pavé droit, d'un prisme et d'une pyramide.
G73Décrire et donner les caractéristiques d'une solide avec le vocabulaire approprié.
G74Représenter un prisme en perspective cavalière.
M17Utiliser les unités usuelles de masse et de contenance.
M18Relier les unités de volume aux unités de contenance.
M19Calculer le volume d'un pavé droit.
I
Solides usuels
Définition 1
Voici les noms des différents solides usuels que nous rencontrons en mathématiques au collège :
...Pavé droit...Prisme droit...Cylindre...Cône...Pyramide...Boule
II
Parallélépipède rectangle
Définition 2
Un solide est un objet en trois dimensions.
Définition 3
Un parallélépipède rectangle (ou pavé droit) est un solide possédant six faces, qui sont toutes des rectangles.
Définition 4
Les côtés des rectangles sont les arêtes du parallélépipède rectangle.
Les extrémités des arêtes sont les sommets du parallélépipède rectangle.
Propriété 1
Exemple 1
Ci-dessous, on a représenté un parallélépipède rectangle ABCDEFGH.

Ses faces sont ...ABCD, ABFE, EFGH, DCGH, ADHE et BCGF.
Ses côtés sont ...AB, BC, CD, DA, EF, FG, GH, EH, AE, BF, CG et DH.
Ses sommets sont ...A, B, C, D, E, F, G, H.
Sa longueur est de ...3,5 cm, sa largeur est de ...2,5 cm et sa hauteur est de ...1,5 cm.
Remarque 1
Un cube est un parallélépipède rectangle dont les 6 faces sont des carrés.
Propriété 2
Définition 5
Le patron d'un solide est la figure plane qui permet de reconstruire, après pliage et collage, l'objet qui représente ce solide dans l'espace.
Remarque 2
Le point essentiel dans la fabrication d'un patron est la disposition correcte des différentes faces afin qu'elles se recollent parfaitement après pliage.
Définition 6
La perspective cavalière est une manière de représenter sur papier des objets en volume. Cette représentation ne présente pas de point de fuite : la taille des objets ne diminue pas lorsqu'ils s'éloignent.
Cette perspective ne prétend pas donner l'illusion de ce qui peut être vu, mais simplement donner une information sur la notion de profondeur.
Remarque 3
Le parallélépipède rectangle du premier exemple est représenté en perspective cavalière.
Règle 1
Remarque 4
Attention, les angles ne sont pas forcément respectés dans un dessin en perspective (ils le sont seulement sur les faces avant et arrière).
III
Volumes
Définition 7
Une unité de volume souvent utilisée est le mètre cube (m3). 1 m3 est le volume d'un cube d'arête 1 m.
Remarque 5
Comme pour les unités de longueur et d'aire, on peut utiliser des unités de volume multiples ou sous-multiples du m3. Mais il faut encore faire attention au moment de la conversion. Prenons l'exemple du m3 au dm3.
1 m3 est un cube de côté 1 m :

On remarque que ce cube contient 10×10×10=1 000 cubes de côté 1 dm (ayant donc un volume de 1 dm3). Ainsi, le cube de côté 1 m a un volume de 1 000 dm3.
Pour convertir des m3 en dm3, il faut donc multiplier par 1 000.
Propriété 3
Pour convertir les volumes, on peut utiliser un tableau de conversion :
km3 hm3 dam3 m3 dm3 cm3 mm3
                                         
Exemple 2
Pour convertir 0,75 dm3 en mm3, on écrit 0,75 dans le tableau précédent de sorte que :
km3 hm3 dam3 m3 dm3 cm3 mm3
                            ...0 ...7 ...5 ...0 ...0 ...0 ...0
Puis on lit le nombre qui a pour chiffre des unités le chiffre qui est dans la dernière case des mm3.
D'où 0,75 dm3 = 750 000 mm3.
On peut aussi se passer du tableau en multipliant ou en divisant par 1 000 :
0,75 dm3 = 0,75×1 000 cm3 = ...750 cm3 ;
7 500 cm3 = 750×1 000 mm3 = ...750 000 mm3.
Définition 8
Une unité de contenance souvent utilisée est le litre (L).
1 L est la contenance d'un cube d'arête 1 dm. Ainsi, 1 L = 1 dm3.
Propriété 4
On peut intégrer les unités de contenance dans le tableau de conversion des volumes :
km3 hm3 dam3 m3 dm3 cm3 mm3
                        hL daL L dL cL mL      
                                         
Exemple 3
Propriété 5
Le volume d'un parallélépipède rectangle de longueur L, de largeur l et de hauteur h est égal à L×l×h.
Exemple 4
Un parallélépipède rectangle de longueur 5 cm, de largeur 4 cm et de hauteur 3 cm a un volume de ...5×4×3=60 cm3.