chapitre M02

Chapitre M02. Poids et masse d'un corps
Le poids et la masse sont des grandeurs différentes mais qui sont néanmoins liées.
I. La masse d'un corps.
La masse reflète (est liée à) la quantité de matière contenue dans un corps.
La masse d'un corps ne dépend pas du lieu où il se trouve.
La masse ''m'' est une grandeur physique qui se mesure avec une balance et a pour unité le kilogramme kg.
II. Le poids d'un corps sur Terre.
Le poids d'un corps est l'action à distance de la Terre sur ce corps, qui est situé à son voisinage : c'est l'attraction
gravitationnelle de la Terre.
Activité 1 : la chute des corps
Selon la légende, Isaac Newton, assis dans son jardin, aurait vu tomber une pomme et aurait élaboré à partir de
là sa théorie de la gravitation universelle.
On peut « reproduire » cette expérience en lâchant une balle initialement immobile.
1. Quelle est la seule action subie par la pomme qui
tombe ?
La seule action subie par la pomme est son poids : c’est
l’attraction gravitationnelle de la Terre.
2. Suivant quelle direction s’effectue le mouvement de
la pomme ?
Le mouvement de la pomme s’effectue suivant une
direction verticale.
3. Comparer cette direction à la direction d’un fil à
plomb.
Les directions sont identiques : le fil à plomb permet de
matérialiser la verticale.
4. Par quel point de la Terre passe la direction du fil à
plomb ?
La direction du fil à plomb, et de toutes les verticales,
passe par le centre de la Terre.
5. Dans quel sens chute la pomme ?
La pomme chute vers le bas.
6. Conclusion : pourquoi et comment un objet tombe-
t-il ?
Sous l'action de son poids, un objet initialement au repos (= immobile) tombe vers le
bas suivant la verticale du lieu.
Le poids ''P'' est une grandeur physique qui se mesure avec un dynamomètre et qui a pour unité le Newton N.
Chapitre M02 – Mme PINEL

III.Existe-t-il une relation mathématique entre le poids et la masse d'un corps ?
Activité 2 : relation entre poids et masse
Objectif : tu disposes d’un dynamomètre, d’une balance et de plusieurs « masses marquées » dont tu mesureras
le poids et la masse.
Attention : un dynamomètre est un instrument fragile ; tu dois l’utiliser avec soin et en particulier ne pas déformer le
ressort (tu ne dois pas dépasser la charge maximale que peut supporter l’appareil). A vide, le dynamomètre doit indiquer
zéro. Si ce n’est pas le cas, il faut le régler.
Manipulation : Vérifie la masse des « masses marquées » avec la balance puis suspends-les une à une au
dynamomètre pour connaître leur poids. Complète le tableau ci-dessous :
A mesurer Masse m en g 50 100 200 350 500 en kg 0,05 0,1 0,2 0,35 0,5
Poids P en N 0,5 1 2 3,5 5
A calculer P/m en N/kg 10 10 10 10 10
Interprétations :
1. Que remarques-tu sur les valeurs du rapport P/m ?
On remarque que le quotient P/m est toujours égal à 10 N/kg.
2. Graphique représentant l’évolution du poids en fonction de la masse.
Graphique P e n fonction de m
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
3,5
4
0 0,1 0,2 0,3 0,4
m (kg)
P (N)
3. Décris ce que tu as obtenu.
La courbe obtenue est une droite.
4. Quelle relation mathématique est ainsi représentée ?
La relation mathématique ainsi représentée est la proportionnalité.
Chapitre M02 – Mme PINEL

Conclusion :
Le poids et la masse sont deux grandeurs différentes mais qui sont proportionnelles. Le coefficient de
proportionnalité est le rapport P/m. C'est l'intensité de la pesanteur qui est notée g.
D’après nos mesure, g  10 N/kg. Ainsi : P = m x g
La valeur de g dépend du lieu, de l’altitude, de la planète…
Sur Terre g = 9,80 N/kg en moyenne (en France g = 9,81 N/kg) ; on arrondit souvent à g = 10 N/kg.
Le poids d’un corps dépend du lieu. Cependant la masse reste invariable.
Exemple : un kilogramme d’oranges représente toujours la même quantité de nourriture sur Terre (même
masse) au sommet de l’Everest ou sur la Lune, mais en revanche le poids de ces oranges dépendra du lieu où
on les mange !
On retiendra :
P=m×g
m=P
g
g=P
m
Activité 2 : Application de la formule P = m x g
D'une planète à l'autre, l'intensité de la pesanteur g varie.
gTerre = 9,8 N/kg gEverest = 9,76 N/kg gLune = 1,6 N/kg gJupiter = 24,8 N/kg
Soit un objet de masse m égale à 500 g.
a) Avant d'utiliser la relation P = m x g ; que doit-on faire de cette masse ? Faire cette transformation.
Pour les questions suivantes, bien donner le calcul !
b) Cet objet de 500 g est pesé sur la Terre. Quel poids PT a-t-il ?
c) Même question au sommet de l'Everest. Quel poids PE a-t-il ?
d) Même question sur la Lune. Quel poids PL a-t-il ?
e) Même question sur Jupiter. Quel poids PJ a-t-il ?
Résultats :
a) Il faut convertir la masse en kilogramme m = 0,5 kg
b) PT = m x gT = 0,5 x 9,8 = 4,9 N
c) PE = m x gE = 0,5 x 9,76 = 4,88 N
d) PL = m x gL = 0,5 x 1,6 = 0,8 N
e) PJ = m x gJ = 0,5 x 24,8 = 12,4 N
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IV. Les énergie liées à la chute d'un objet
A. Principe de base
On dit qu'un corps possède de l'énergie s'il peut effectuer une action sur lui-même ou sur d'autres corps.
Lorsque l'énergie d'un corps change de forme : on parle alors de conversion d'énergie.
Lorsque l'énergie d'un corps est transmise à d'autres corps on parle alors de transfert d'énergie.
Rappel : " Rien ne se perd, rien ne se crée, tout se transforme " (Lavoisier)
L'énergie ne peut ni apparaître, ni disparaître mais correspond soit à un transfert d'énergie avec un autre corps,
soit à une conversion d'énergie.
B. L'énergie de position au voisinage de la Terre
Un objet situé en altitude peut chuter sous l’action de son poids.
Cet objet possède donc une énergie de position du fait de sa position par rapport au sol.
Cette énergie de position se note Ep et s’exprime en Joule (J).
Tout objet possède une énergie de position au voisinage de la Terre.
Plus l’objet est haut, plus son énergie de position est importante.
C. L'énergie de mouvement : énergie cinétique
L'énergie cinétique (Ec) est l'énergie que possède un corps grâce à son mouvement.
Activité 4 :
1) On fait tomber deux boules de pétanque de même masse sur l'argile mais à des hauteurs différentes.
Cette énergie dépend de la vitesse de déplacement du corps :
→ Pourquoi les impacts sur l'argile
sont-ils différents ?
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2) On fait tomber deux boules de pétanque de masses différentes sur l'argile.
mA > mB
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→ Pourquoi les impacts sur
l'argile sont-ils différents ?
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- Dans les deux cas précédents, après l'impact, les énergies cinétiques existent-elles encore ?
Que sont-elles devenues ?
→ Tout de suite après l'impact, les boules de pétanque n'ont plus de vitesse, donc leur énergie cinétique devient
nulle.
→ L'énergie cinétique des boules de pétanque a été convertie en énergie de déformation.
La relation donnant l'énergie cinétique d'un solide en translation (mouvement rectiligne) est :
avec Ec en joule ( J ) , masse m en kg et la vitesse v en m/s
Activité 5 : calcul d'énergie cinétique
1. Mehdi, 49 kg, marche à 1,1 m/s. Quelle est son énergie cinétique ?
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2. Didier, 73 kg, roule à 128 km/h sur sa moto, une Bandit 600 de 204 kg.
a) Quelle est la masse totale du système Didier + moto ?
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b) Convertir la vitesse en m/s.
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c) Calculer l’énergie cinétique du système Didier + moto.
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d) Convertir cette énergie en kJ en arrondissant à 2 chiffres après la virgule.
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3. Sophie conduit une Xantia de 1570 kg. Calculer l’énergie cinétique du véhicule :
a) en ville, à 36 km/h.
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b) sur route nationale, à 72 km/h.
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