Masse et poids d’un corps – 3ème – Cours – Physique – Chimie – Brevet des collèges
- Pourquoi un corps a-t-il un poids ?
- Quelle est la relation entre le poids et la masse d’un objet ?
- Pourquoi un objet tombe-t-il sur terre ?
- I. Nature de la masse et du poids
1) La masse
La masse d’un objet, notée m, représente la quantité de matière liée au nombre d’atomes qui le constituent. La masse, mesurée avec une balance, s’exprime en kilogramme (kg).
Cette quantité de matière ne dépend pas du lieu où l’on se trouve.
2) Le poids
Le poids d’un corps est le résultat de l’attraction d’une planète (la Terre en ce qui nous concerne) sur ce corps.
On définit de manière analogue le poids d’un objet sur d’autres astres: sur Mars le poids d’un objet correspond à l’action gravitationnelle exercée par Mars sur cet objet, sur La Lune il s’agit à l’action gravitationnelle exercée par la Lune etc.
C’est une force (phénomène permettant de mettre en mouvement un objet ; de le maintenir immobile ou de le déformer) qui s’applique au centre de gravité d’un objet. Le poids est dirigé suivant la verticale du lieu et vers le bas. Il est noté P et s’exprime en Newton que l’on note N. Il se mesure à l’aide d’un dynamomètre. C’est Isaac Newton (1642 – 1727) qui, le premier, identifia l’attraction exercée par la Terre.
- II. Caractéristiques du poids
Le poids a les caractéristiques suivantes :
- C’est une action qui s’exerce à la verticale
- C’est une action qui s’exerce vers le bas
- C’est une action qui est responsable de la chute de tout objet au voisinage de la Terre
- Le poids est mesuré avec un dynamomètre en newton (N)
- son point d’application est le centre de gravité de l’objet.
- son sens est orienté vers le centre de la Terre.
- III. Relation entre le poids la masse
Si la masse et le poids sont des grandeurs différentes, elles n’en sont pas moins liées.
Expérience :
Hypothèse : dans la vie quotidienne, on confond souvent la masse et le poids, qui sont peut-être proportionnels.
Pour différents objets, il faut mesurer la masse avec une balance, puis le poids avec un dynamomètre.
| Masse en kg | 0 | 0,1 | 0,2 | 0,3 | 0,317 | 0,5 | 1 |
| Poids en N | 0 | 1 | 2 | 3 | 3,17 | 5 | 10 |
Les résultats sont réunis dans ce tableau :
Interprétation : plus la masse augmente, plus le poids augmente. Cette augmentation est proportionnelle.
En réalisant un graphique (poids en fonction de la masse ; le poids est l’ordonnée et la masse l’abscisse), on obtient une droite. Le poids et la masse sont donc proportionnels.
Si on divise le poids par la masse de chaque objet, on obtient toujours le même résultat :
P/m = 5N/0,5 kg = 10 N/kg.
Il s’agit du coefficient de proportionnalité, noté g.
Conclusion : on peut donc écrire
Où g est le coefficient de proportionnalité entre ces deux grandeurs. Il s’exprime en N/kg et caractérise l’intensité de la pesanteur, Sa valeur est d’environ 10 N/kg à proximité de la Terre.
- IV. Les variations de la masse et du poids d’un objet
1) La masse est invariable
La masse représentant la quantité de matière contenue dans un objet, elle n’a aucune raison de changer avec le lieu où se trouve l’objet. La masse est la même à la surface de la Terre, en haut de l’Everest, sur la Lune, dans tout l’univers.
2) Le poids est variable
Si, en haut du Mont Everest, on mesurait à nouveau très précisément le poids des masses marquées, on constaterait qu’elles n’ont pas le même poids qu’au niveau de la mer.
Comme P = m × g et que la masse m est invariable, cela signifie que l’intensité de la pesanteur g varie. De fait, g varie avec l’altitude mais faiblement : sa valeur est de 9,81 N/kg à Paris et de 9,78 N/kg à 9 km d’altitude ; il faut s’élever à 6 400 km pour voir sa valeur divisée par 4 et à 12 800 km pour qu’elle soit divisée par 9. À ces altitudes, tous les objets sont donc encore soumis à la pesanteur terrestre.
Comme la Terre n’est pas sphérique (elle est aplatie aux pôles), tous les points de sa surface ne se situent pas à la même distance du centre de la Terre et l’intensité de la pesanteur g varie donc avec la latitude : elle vaut 9,81 N/kg à Paris, 9,83 N/kg aux pôles et 9,78 N/kg à l’équateur.
Même si elles existent, ces variations sont cependant très faibles et on considère que l’intensité de la pesanteur g sur la Terre est d’environ 9,8 N/kg. Cette valeur signifie qu’une masse de 1 kg sur Terre aura pour poids 9,8 N.
Il n’en sera pas de même sur d’autres astres. Ainsi, sur la Lune, l’intensité g de la pesanteur étant 6 fois moins grande que sur la Terre, une masse de 1 kg a un poids de 1,6 N. L’intensité de la pesanteur g est d’autant plus grande que la masse de la planète est grande. Sur Jupiter, une masse de 1 kg a un poids de 25,9 N.
- V. L’apesanteur
Ne rien peser ou être en apesanteur signifie être suffisamment loin de tout astre pour ne ressentir aucune attraction. Est-ce possible ? Cela paraît difficile quand on sait que, certaines comètes, pourtant situées à une année-lumière du Soleil, sont encore attirées par ce corps céleste.
Sur les vidéos ou photographies des astronautes dans les stations orbitales, on les voit pourtant flotter dans leur cabine. Sont-ils en apesanteur ?
À la distance où se situait la station Mir (300 km d’altitude), l’attraction de la Terre est encore bien présente et les astronautes sont donc encore soumis à leur poids. Pourtant, manifestement ils ne le ressentent plus ; cette absence de sensation de poids s’appelle l’impesanteur.
Pourquoi les astronautes ne ressentent-ils plus leur poids ? En fait, la station orbitale dans laquelle ils se trouvent se déplace à la même vitesse qu’eux, ce qui leur donne l’impression d’être immobiles dans le référentiel lié à la fusée et donc ne de plus être soumis à leur poids !
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