Masse et poids

Oh là dites donc!...Il pèse des
tonnes votre petit costume!...On
ne peut plus bouger quand on a ça
sur le dos
Sur la Lune !...C’est prodigieux!...Je
me promène sur la Lune!...Je
marche…je cours…je saute…
Ça, par
exemple!...Quel bond!
A: Distinction entre masse et poids d’un
objet
A.1: Qu'est-ce que la masse 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.
 La masse s'exprime en kilogramme kg
(unité du système international)
 Elle se mesure à l'aide d'une
balance
 La masse d'un objet ne dépend pas de
l'endroit où se trouve cet objet dans
l'espace
la matière qui constitue l’objet reste toujours la même
A.2: Le poids d’un objet
 La Terre exerce une action mécanique
sur tous les objets placés à sa
proximité.
 Cette action s’exerce à distance
et attire les objets vers le bas.
Elle est modélisée par une
force que l’on nomme
poids de l’objet P
Caractéristiques de P
Point d’application: centre de gravité
Direction:
Sens:
Valeur:
Caractéristiques de P
Point d’application: centre de gravité
Direction: La verticale du lieu
Sens:
Valeur:
Caractéristiques de P
Point d’application: centre de gravité
Direction: La verticale du lieu
Sens: vers le bas
Valeur:
P
Caractéristiques de P
Point d’application: centre de gravité
Direction: La verticale du lieu
Sens: vers le bas
Valeur: en Newton (N)
L’appareil servant à la
mesure du poids d’un corps
est le dynamomètre
………
P
Caractéristiques de P
Point d’application: centre de gravité
Direction: La verticale du lieu
Sens: vers le bas
Valeur: en Newton (N)
L’appareil servant à la
mesure du poids d’un corps
est le dynamomètre
 La masse d'un objet ne dépend pas de
l'endroit où se trouve cet objet dans l'espace
 Le poids d'un objet dépend de l'endroit
où se trouve cet objet dans l'espace
B: Relation entre poids et masse
Suspendons un objet de masse connue, à
un dynamomètre
http://physiquecollege.free.fr/physique_chimie_college_lycee/troisieme/mecanique/masse_p
oids_dynamometre.htm
Masse m (g)
50
100
200
Masse m (kg)
0,05
0,1
0,2
Poids P (N)
0,49
0,98
1,96
9,8
9,8
9,8
P
m
(N)
(kg)
P = constante = g = 9,8 N/kg
m
Le poids P(N) et la masse m(kg)
d’un objet sont reliés par la
relation :
P = m
(N) (kg)
x
g
~
~ 10 N.kg-1
application
Donner la masse et le poids de
l’objet suspendu dans le cas où
g = 10 N.Kg-1
Le dynamomètre indique la
valeur du poids de l’objet
P = 4 N
Valeur de la masse de l’objet
P  mg
P 4 0,4 kg = 400 g
m  
g 10
C: l’intensité de la pesanteur terrestre
C.1: Poids d’un corps et force d’attraction gravitationnelle
Calculons la valeur de la force
d’attraction gravitationnelle exercée
par la Terre sur une pomme
kg
FTerre / Pomme
N
M Terre  m Pomme
 G
2
d
m
G = 6,67x10-11 SI
MTerre = 5,97x1024 kg
m = 250 g = 0,25 kg
d = 6 370 km = 6,37x106 m
kg
FTerre / pomme
N
M Terre  m Pomme
 G
d2
 6,67.1011 
m
5,97.1024  0,25
6,37.10 
6 2
= 2,45 N
 Calculons la valeur du poids de la pomme à
Paris où g = 9,81 N/kg
P  mg
P  0,25  9,81 = 2,45 N
 Le poids d’un objet est la force
d’attraction gravitationnelle exercée par la
Terre sur cet objet
C.2: les valeurs de g à la surface de la Terre
D’après la partie
précédente :
PF
M Terre  m
mg  G
2
d
G  M Terre
g
2
d
g dépend de la distance qui sépare l’objet du
centre de la Terre
Application 1 g dépend de l’endroit où l’on se
trouve sur Terre
G  MTerre
g
2
d
G=
6,67.10-11
SI
MTerre = 5,97.1024 kg
d
d
d
- À l’équateur d = 6380 km
d = 6,38 x 106 m
6,67  1011  5,97  1024
g
(6,38  106 )2
= 9,78 N/kg
- À Paris d = 6370 km
d = 6,37 x 106 m
6,67  1011  5,97  1024
g
(6,37  106 )2
= 9,81 N/kg
- Aux pôles d = 6365 km
d = 6,365 x 106 m
6,67  1011  5,97  1024
g
(6,365  106 )2
= 9,83 N/kg
Poids d’une personne de masse 60,0 Kg
aux pôles
à Paris
à l’équateur
g = 9,83 N.kg-1 g = 9,81 N.kg-1 g = 9,78 N.kg-1
P = 590 N
P = 589 N
P = 587 N
Application 2
g dépend de l’altitude
Lyon
Mont Blanc
169 m
4 807 m
g = 9,806 N.kg-1 g = 9,792 N.kg-1
Everest
8850 m
g = 9,779 N.kg-1
Application 3
Altitude :
2 300 m
Les 19ième jeux
olympiques se
passèrent à Mexico
en 1968
L'air raréfié de Mexico (à l’altitude de Mexico,
l'air contient 30% d'oxygène de moins qu'au niveau
de la mer) s'avéra désastreux pour de nombreux
athlètes prenant part à des épreuves d'endurance
 Par contre, la faible valeur de g à Mexico
(altitude élevée + proximité de l’équateur) amena
des records du monde dans:
-le saut en longueur
Record battu de 55 cm
-le triple saut
Record battu de 36 cm
-le saut en hauteur
Record battu de 11 cm
 Avant les Jeux, Fosbury n'avait jamais passé
2,13 m. A Mexico, il remporta l'épreuve, à la
surprise générale, en passant 2,24 m (nouveau record
olympique et nouveau record des Etats-Unis).
 Le saut spectaculaire de Bob Beamon de 8,90 m
devait durer vingt-deux ans comme record du monde.
Beamon a battu le record du monde du saut en
longueur de 55 cm alors que le record n’avait
progressé que de 8 cm au cours des dernières
années
D: et sur les autres astres…..
D.1: les valeurs de g sur les autres astres
P
P  mg  g 
m
http://physiquecollege.free.fr/physique_chimie_college_lycee/troisieme/mecanique
/masse_poids_dynamometre.htm
m
P
g
Lune
0,2 kg
0,32 N
Mars
0,2 kg
0,74 N
La Terre
0,2 kg
1,96 N
1,6 N/kg 3,7 N/kg 9,8 N/kg
La valeur de g dépend de l’astre
G = 6,67x10-11 SI
G  Mastre
g
2
R
« g » dépend de la masse
de l’astre et de son rayon
Masse
Mastre
Rayon
R
Jupiter 1,9.1027 kg 7,1.107 m
25 N/kg
Lune
1,6 N/kg
7,4.1022 kg 1,75.106 m
g
Valeurs de g sur différents astres
Lune
1,6 N/kg
Mercure 2,9 N/kg
Mars
3,6 N/kg
Vénus
8,3 N/kg
Terre
9,8 N/kg
Saturne 11 N/Kg
Jupiter
25 N/kg
D.2: Conséquences des différentes valeurs de g
Poids d’une personne de masse 60 Kg:
Sur la Terre
sur la Lune
sur Jupiter
g ~ 9,8 N.kg-1
g = 1,6 N.kg-1
g = 23 N.kg-1
P = 588 N
P = 96 N
P = 1400 N
Allongement d’un ressort au bout duquel est
suspendue une masse:
Oscillation d’un pendule
Exploits sportifs
Saut en
hauteur
Saut en
longueur
lancé du
poids
L’athlète court à la
verticale à la vitesse
de 5,2 m/s
L’athlète court à la
vitesse de 10 m/s et
saute sous un angle
de 71° à 4,08 m/s
L’athlète lance le poids à 14,2
m/s sous un angle
légèrement inférieur à 45°
par rapport à l’horizontale
Lune
Terre
9,4 m
2,4 m
54 m
8,9 m
126 m
22 m
Jupiter
1,5 m
3,3 m
9,4 m