Masse (m)  et poids (P) d'un objet

 

I- Distinction entre masse (m) et poids () d'un objet :

Voir cette situation problème pour introduire la distinction entre masse et poids d'un objet. (d'après http://www.ac-nantes.fr/peda/disc/scphy/dochtml/3ieme/poids/fichelev.htm )

1-Qu'est-ce que la masse (m) d'un objet ?

La masse, notée m, d'un objet  correspond à la quantité et au type de matière qui constitue un objet : elle dépend du type et du nombre d'atomes, de molécules ou d'ions qui constituent l'objet.

Elle se mesure à l'aide d'une balance et s'exprime en kilogramme kg (unité du système international).

 

La masse (m) d'un objet ne dépend pas de l'endroit où se trouve cet objet dans l'espace : la matière qui le constitue reste toujours la même (invariance de la masse).

Sur la Terre ou sur la Lune (et partout dans l'Univers), la masse d'un objet reste la même.

 

2-Qu'est-ce que le poids () d'un objet ?

Le poids () d'un objet correspond à la force d'attraction exercée par un astre (étoile, planète, etc.) sur cet objet.

Cette force étant due à l'attraction gravitationnelle : "la matière attire la matière".

Ainsi, à proximité de la Terre, tous les objets tombent: ils sont attirés par la Terre qui exercent une action mécanique à distance sur eux. 

Ainsi, à proximité de la Terre tous les objets sont soumis à leur poids terrestre : =

Comme toutes les forces, la valeur poids () se mesure avec un dynamomètre et s'exprime en newton (N).

 

La valeur (ou intensité) du poids d'un objet dépend de l'endroit de l'espace où l'objet se trouve : la force d'attraction varie selon la nature (masse) de l'astre à proximité et la distance entre l'objet et l'astre. (voir III-)

Sur Terre, cet objet, de masse m= 500g, subit  poids dont la valeur est 4,9 N

 

Sur la Lune, cet objet a toujours la même masse, m=500g, mais la valeur de son poids ne vaut plus que 0,8 N.

Voir cette application pour déterminer le poids d'un objet sur différents astres du système solaire.

 

II- Caractéristiques du poids () d'un objet sur Terre:

1-Point d'application, sens et direction du vecteur poids ():

A proximité de la Terre, tous les objets sont soumis à la force d'attraction qu'exerce la Terre : le poids terrestre, .

Cette force a pour:

-point d'application: le centre de gravité (G) de l'objet ;

-direction: la verticale (donnée par un fil à plomb);

-sens: vers le centre de la Terre.

Le point d'application du poids d'un objet est son centre de gravité.

Comment déterminer le centre de gravité d’une plaque ?

 

1-Suspend la plaque en carton étudiée par un fil fixé au point A (doc. 1a)
A l’équilibre (lorsque la plaque ne bouge plus), le fil a la même direction que la droite d’action du poids () : la verticale.

Le centre de gravité se trouve sur cette droite d’action.

 


2-Prolonge par des pointillés la direction du fil sur la plaque.

3-Recommence l’expérience en suspendant la plaque par deux autres points B et C.

Les droites obtenues sont concourantes et le point de concours (intersection) est le centre de gravité G de la plaque (doc.1b et c).

 

Le vecteur poids se dirige vers le centre de la Terre.

Le poids s'exerce selon la direction verticale.

 

2-Valeur (P) du poids d'un objet sur Terre:

Voir cette feuille d'expériences.

La valeur (P en N) du poids d'un objet est proportionnelle à la masse (m en kg) de cet objet :

 

P = m X g

Le coefficient de proportionnalité g est appelé intensité de la pesanteur. 

Sur Terre gTerre= 10 N/kg (soit 10 N.kg-1).(à proximité de la Terre chaque kg de matière est attiré par une force dont l'intensité est de 10N)

Remarque: La valeur ci-dessus est une approximation. L'intensité de la pesanteur sur Terre dépend de l'endroit où on se trouve sur la planète est oscille entre 9,78 N/kg (à Douala au Cameroun par exemple) et 9,83 N/kg (à Eureka au Canada).

En France, l'intensité de la pesanteur vaut 9,81 N/kg.

 

III- Poids d'un objet en divers points de l'espace:

1-Poids d'un objet en divers lieux du système solaire :

Si la masse d'un objet reste partout la même, la valeur du poids d'un objet dépend d'où il se trouve dans l'espace : il n'a pas la même valeur de poids selon qu'il se trouve à proximité du soleil, de la Lune, etc. (voir I-2-)

Cependant, la valeur du poids reste proportionnelle à la masse de l'objet, seule la valeur de l'intensité de la pesanteur change.

Ainsi, la valeur du poids d'un objet, en un lieu, est toujours obtenue par la relation:

P = m X g

Le calcul se faisant avec la valeur de l'intensité de la pesanteur du lieu.

Choisis un astre pour en savoir plus et connaître les valeurs de l'intensité de la pesanteur à leur surface.

Intensité de la pesanteur et exploits sportifs:

Astre Saut en longueur (en m)

(l'athlète court à la vitesse de 10m/s et saute sous un angle de 71° à 4,08 m/s)

Saut en hauteur (en m)

(l'athlète saute à la verticale à la vitesse de 5,20 m/s)

Lancé du "poids"

(l'athlète lance le "poids" à 14,2 m/s sous un angle légèrement inférieur à 45° par rapport à l'horizontale)

Mercure 24 4,7 56
Vénus 9,9 2,5 25
Terre 8,9 2,4 22
Lune 54 9,4 126
Mars 23 4,6 56
Jupiter 3,3 1,5 9,4
Saturne 7,5 2,2 19
Uranus 7,6 2,2 19
Neptune 7,3 2,1 19
Pluton 45 7,9 105

2-Qu'est-ce que l'apesanteur ?

Lorsqu'un objet est loin de tout astre, il n'est soumis à aucune attraction et son poids est nul: il est en apesanteur.

 

Attention à ne pas confondre avec l'impesanteur qui est l'état dans lequel se trouvent par exemple les spationautes dans la station orbitale : ceux-ci ne sont pas assez éloignés de la Terre pour que l'attraction soit négligeable mais ils  ont une sensation d'absence de pesanteur.

Cette sensation étant due au fait que les spationautes subissent la même attraction que la station dans laquelle ils se trouvent.

Impesanteur dans l'Airbus Zéro G

Dans la fusée, le capitaine Haddock est en impesanteur.

Pour connaître la vie à bord de la station spatiale internationale (I.S.S.): http://esamultimedia.esa.int/images/edukit/french/Edukitchap3_FR.pdf (format .pdf)

Pour en savoir plus sur la station spatiale internationale : http://www.esa.int/export/esaMI/FRENCH/ 

Les recherches en impesanteur grâce à l'Airbus zéro G: http://www.esa.int/esaCP/SEMZAQWLDMD_France_1.html 

 

( mise à jour le 24 mars 2005)

 

 

 

 

 

 

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