Ch apitre 1 - lejphysiquechimie

date :
Indice :
Qui est ce personnage ?
Prénom :
ISAAC
Chapitre 1 :les forces / la gravité
Nom : NEWTON
Date :
Quelle histoire lie cet illustre personnage
et l’indice ?
LEJ / Physique 2ème
-15-
Professeurs :Friat + Vanden Abeele
date :
1. Observation :
Document 1
a. Tout corps livré à lui-même
b. Une
force
tombe
.
s’applique sur lui. Laquelle ?
C’est à cause d’elle que
les corps sont
la force de pesanteur
lourds
.
.
qu’ils ont du poids .
c. Quelle est son origine ? la terre
.
d. Qu’est-ce que l’apesanteur ?
absence de pesanteur
e. Y a- t-il de l’air dans la fusée ?
.
Oui , ils respirent sans bombonne d’oxygène .
f. En créant le vide dans une cloche sur Terre, serais-tu en apesanteur ?
Non
car nous sommes toujours sur la terre qui continue d’exercer sa
force de pesanteur.
.
LEJ / Physique 2ème
-16-
Professeurs :Friat + Vanden Abeele
Chapitre 1 :les forces / la gravité
Document 2
date :
Document 3
g. Y a-t-il une atmosphère autour de la Lune ?
et des bombonnes d’oxygène
Non, ils portent un scaphandre
.
h. Y a-t-il une pesanteur sur la Lune ?
oui
, car c’est la force
attire Haddock
avec laquelle
Haddock retombe, la Lune
.
i. Sur la Lune, le capitaine Haddock a-t-il une masse ?
sûr d’une quantité de matière
et du poids ? oui
oui, il est constitué bien
.
, à cause de la pesanteur lunaire
.
j. Complète par < , > ou =
….. sur la Terre
la pesanteur
<
la pesanteur
la masse du capitaine Haddock
=
la masse du capitaine Haddock
le poids du capitaine Haddock
<
le poids du capitaine Haddock
LEJ / Physique 2ème
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Professeurs :Friat + Vanden Abeele
Chapitre 1 :les forces / la gravité
….. sur la Lune
date :
Document 4
Vrai ou faux ?
k. C'est logique que les câbles aient cédé car sur la Lune la caisse est 6 fois plus
lourde que sur la Terre.
_faux, la lune attire la caisse avec une force 6 fois moins forte que la terre __
l. Hergé s'est trompé car sur la Lune il n'y a pas d'air, pas d'atmosphère; et dans le
vide, les corps flottent. La caisse ne peut donc tomber.
m. Si le câble est construit pour résister sur Terre à une force de traction maximale
de 6000 N, alors
sur Terre, il peut donc soulever une caisse de __600 kg______________
sur la Lune, ce câble résistera à une force de ___toujours 6000 N ______
et sur la Lune, il peut soulever une caisse de _3600 kg______________
Or les caisses sont les-mêmes, elles ont __la __même __masse___ sur la Lune
que sur la Terre,
le câble a donc été délibérément__sectionné____________________
! SABOTAGE !
LEJ / Physique 2ème
-18-
Professeurs :Friat + Vanden Abeele
Chapitre 1 :les forces / la gravité
_faux, l’absence d’air n’entraine pas l’absence de pesanteur. ______
date :
2. Pesanteur
1. Gravitation universelle :
La Terre exerce une force d’attraction sur tous les corps ( y compris les couches de gaz
qui l’entourent) .
Cette pesanteur n’est qu’un cas particulier d’un phénomène plus général : la gravitation
universelle.
En effet, il existe (voir lecture : 4ème loi de Newton) des forces attractives exercées par TOUS
LES CORPS LES UNS SUR LES AUTRES :
 la Terre attire la Lune
 mais la Lune attire la Terre
 la Terre attire la gomme ou le crayon
 la gomme attire le crayon
 …
Cette force est DIRECTEMENT PROPORTIONNELLE aux MASSES
mises en présence
 Dans le cas de la gomme et du crayon, les masses sont trop petites, la force est
négligeable.
 Dans le cas de la Terre et de la Lune, ou de toutes les planètes et leurs satellites en
général, la force est très grande (malgré la distance énorme qui les sépare).

Cette force est INVERSEMENT PROPORTIONNELLE au CARRE de
la DISTANCE
LEJ / Physique 2ème
-19-
Chapitre 1 :les forces / la gravité
 Dans le cas des molécules dans les solides ( voir chapitre « états de la matière »), malgré
que les masses en présence soient très petites, la force d’attraction est grande (= forte
cohésion)
 Par contre, dans les gaz, les molécules sont très espacées, et la force de cohésion est très
faible.
Professeurs :Friat + Vanden Abeele
date :
2. Caractéristiques de la force de pesanteur :

son point d’application : le centre de gravité du corps (G)

sa direction : verticale
En un lieu donné, la droite d’action de la force de
pesanteur est matérialisée par le fil à plomb en
équilibre.
Rem : Pour des endroits voisins, les verticales semblent
parallèles ; en fait elles passent toutes par le centre de la
Terre.

son sens : vers le bas
Cela signifie bien sûr vers le centre de la Terre.
Au pôle Sud comme au pôle Nord, les objets
tombent « vers le bas ».

son intensité : le poids du corps
Rappel : c’est à cause de la pesanteur que les corps sont
pesants, ou qu’ils ont du poids.
3. Masse d’un corps / poids d’un corps
La masse d’un corps est la quantité de matière de ce corps
La masse d’un corps reste CONSTANTE ; elle est liée au corps et est INDEPENDANTE
de l’endroit où se trouve le corps.
La masse d’un corps se détermine à l’aide d’une BALANCE.
Le résultat de cette mesure est indépendant de la pesanteur puisque la force d’attraction agit de façon égale sur les
2 plateaux de la balance (pour autant qu’elle ne soit pas nulle).
Elle compare celui qui contient le corps de masse inconnue celui qui contient une masse connue, constituée par
un ensemble de masses marquées, et communément appelés par abus de langage « des poids ».
photos de balances
Chapitre 1 :les forces / la gravité
trébuchet
balance de Roberval
LEJ / Physique 2ème
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Professeurs :Friat + Vanden Abeele
date :
Le poids d’un corps est l’intensité de la force de pesanteur
Le poids n’existe que si le corps est soumis à l’action d’une force d’attraction. Cette pesanteur
peut varier avec l’endroit où se trouve ce corps.
Le poids d’un corps N’est PAS CONSTANT. Il peut même devenir très faible, voire nul.
Le poids d’un corps se mesure au moyen d’un DYNAMOMETRE ( puisqu’il s’agit d’une
force !)
Facteurs influençant le poids d’un corps :
 l’altitude : plus l’altitude augmente, plus le poids d’un corps diminue
Au niveau de la mer, un objet pèse …plus lourd…. qu’en altitude car la distance par rapport au
centre de la Terre est …plus petite…………………………………………

la latitude : plus la latitude augmente, plus le poids d’un corps augmente
Aux Pôles, un objet pèse …plus lourd…………….. qu’à l’équateur car la distance par rapport
au centre de la Terre est … plus petite …………………………………………
g=9,83 N/kg
Globe terrestre
g=9,81 N/kg

la nature des matériaux dans le sol

la planète où l’on se trouve
Formule :
LEJ / Physique 2ème
P = m. g
P = poids ( N) ; m = masse (kg) ; g : gravité (N/kg)
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Professeurs :Friat + Vanden Abeele
Chapitre 1 :les forces / la gravité
g=9,78 N/kg
date :
Exercices
1. La Terre et la pomme s’attirent avec ________________________
La plume subit une attraction ______________ forte que la pomme.
Un piano subit une attraction ______________ forte qu’une craie.
2. Quelle est ta masse sur Terre ? __________ ton poids ? ___________
plus petite
égale
plus grande
Ta masse sur le Mont Blanc
Ton poids sur le Mont Blanc
Ta masse à bord d’une navette
Ton poids à bord d’une navette
Ta masse à l’équateur
Ton poids aux pôles
3. Une masse de 1 kg est attirée par la Terre avec une force de ____________
Quel est son poids ?______________
Quelle est sa masse sur la Lune ?_______________
Quel est son poids sur la Lune ? _____________
4. Quel est le poids d’un objet de 600 kg ? ____________
Un homme pèse 120 N sur la Lune ; quel est son poids sur Terre ?_________
Un homme a une masse de 60kg sur la Lune ;
quelle est sa masse sur Terre ?_____________
5. Nomme une série de sports dans lesquels la force de pesanteur exerce un rôle important et
pourquoi ?
6. Y a-t-il de l’air sur toutes les planètes ?__________________________
8. Y a-t-il un endroit où l’on ne ressentirait pas la force de gravitation ?
____________________________________________
9. Si toutes les planètes s’attirent, on pourrait supposer qu’elles peuvent tomber les unes sur
les autres. Mais heureusement ce n’est pas le cas ? Pourquoi ?
______________________________________________________
______________________________________________________
Réponses – Explications
LEJ / Physique 2ème
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Chapitre 1 :les forces / la gravité
7. Une comète qui passe près de la Terre est-elle attirée par celle-ci ?____
date :
1. En effet, la force de gravitation agit entre les astres, mais aussi entre tous les objets, même les plus petits.
« Nous devrions donc être attirés par une montagne, une maison ou même par notre voisin ou.. notre
voisine. Mais cette force d’attraction est tellement faible qu’on n’en ressent pas les effets. Elle n’est
importante que lorsqu’on est près d’une grande masse comme le Soleil ou la Terre. Cependant plus on s’en
éloigne, plus la force d’attraction devient petite. » (extrait du reportage vidéo : « Des forces à l’électricité » ,
Electrabel)
2.
plus petit(e)
Ta masse sur le Mont Blanc
Ton poids sur le Mont Blanc
Ta masse à bord d’une navette
Ton poids à bord d’une navette
Ta masse à l’équateur
Ton poids aux pôles
égale
x
plus grand(e)
x
x
x
x
x
3. 10 N ; 10 N ; 1 kg ; 10/6 N
En effet, la Lune attire moins fortement que la Terre car elle a moins de masse. Donc, le poids change ! Mais
la masse reste toujours la même.
4. 6000 N ; 720 N ; 60 kg
5. Tous les sports où il faut vaincre la pesanteur ; ex : saut en hauteur, saut en longueur, lancer du poids,…
6. Non. Lorsqu’une planète est assez massive, elle attire suffisamment fort pour maintenir les gaz qui l’entoure
complètement. C’est ainsi que notre Terre retient son air, son atmosphère, grâce auquel nous pouvons
respirer. C’est la même chose pour l’eau des mers et océans.
7. Oui, parce que la comète a une masse et qu’elle est donc attirée par la force de gravitation. La comète est
alors déviée de sa trajectoire. Cette propriété est utilisée pour corriger la direction et redonner une impulsion
aux sondes envoyées dans l’espace.
Toute comète s’approchant de la Terre pourrait devenir un satellite de la Terre si elle se présentait avec la
bonne vitesse et la bonne distance. elle pourrait aussi entrer en collision avec la Terre.
b) un endroit suffisamment éloigné de tous les autres astres pour qu’on en subissent pas l’attraction.
c) entre 2 astres où les attractions s’annuleraient ( ex : entre Terre et Lune)
d) dans un satellite, car malgré qu’il circule dans la zone où l’attraction de la Terre existe , tout se passe
comme si on ne ressentait pas la gravitation parce qu’il est en rotation autour de la Terre sans tomber sur elle.
C’est le même phénomène que celui reproduit sur les « montagnes russes » ou dans les avions lors d’un vol
en « impesanteur ».
9.
LECTURE
LEJ / Physique 2ème
Document
-23-
Professeurs :Friat + Vanden Abeele
Chapitre 1 :les forces / la gravité
8. a) au centre de la Terre, car à cet endroit, on est attiré de tous les côtés de la même manière.
date :
Mais, dans le vide, raisonna Galilée, les deux corps doivent
toucher le sol au même instant. Un an après sa mort, son
élève, Evangelista Toricelli, réalisa l’expérience dans le vide.
Dans une enceinte où l’air a été pompé, plume et pomme • A ces trois lois s’appliquant aux corps en
chutent à la même vitesse exactement.
mouvement s’ajoute une quatrième, la plus
Les travaux sur la chute des corps menés du haut de la
importante, l’héritage de Newton, la loi de la
tour de Pise inspirent, plus de cinquante ans après, un
gravitation universelle : deux corps s’attirent
Britannique, Isaac Newton. En 1686, celui-ci annonce une mutuellement avec une force proportionnelle à leur
série de lois sur le mouvement des corps:
masse et inversement proportionnelle au carré de leur
• La première paraît évidente, encore fallait—il la formulerdistance (voir formule ci-dessous). La pomme attire
correctement sans l’action d’une force extérieure et dans la Terre et inversement.., chacune développe une
un milieu où l’on néglige la résistance de l’air et les
force égale. En revanche,
frottements, un objet au repos reste éternellement dans chacun
cet état. Et le corps initialement animé d’une vitesse
soumet
l’autre à
une
s’écraser sur le gros ! Mais, sur Terre, tous deux sont rivés au sol par la pesanteur, qui les maintient
à leur place.
LEJ / Physique 2ème
-24-
Professeurs :Friat + Vanden Abeele
Chapitre 1 :les forces / la gravité
accélération proportionnelle à sa masse: 100
g d’un coté et... près de 6.1021 t, soit
60 000 000 000 000 000 000 000
n’accélère pas et ne freine pas. C’est le principe d’inertie, Il 000 fois plus de l’autre! Pas étonnant que la
en déduit que tout changement de vitesse d’un corps est pomme s’écrase sur la Terre et non l’inverse.
lié à l’application d’une force. En clair, en l’absence de
Une seule loi explique le mouvement des
forces -mêmes occultes - une table ne se met pas à
astres, la chute des pommes et des milliers
tourner.
d’autres détails du monde... La Terre attire la
• La deuxième loi de Newton donne plus de précisions surLune et vice versa, le Soleil aussi, ainsi que
les relations entre cette force et le mouvement. L’une et tous les corps qui lui tournent autour, et
l’autre sont proportionnelles. Plus la force appliquée est ce d’autant plus fort qu’ils sont plus près.
importante, plus le changement de vitesse est grand, et L’influence de Neptune, planète située à
enfin la direction dans laquelle s’applique la force
l’orée du système solaire, est négligeable
détermine la direction de l’accélération. Autrement dit, sur la Terre. La force d’attraction de la Terre
pour déplacer l’objet à droite, pas la peine de pousser vers dépend donc de sa masse : c’est la quantité de
la gauche.
matière que contient la boule sur laquelle
• La troisième loi est connue sous le nom du u principe denous marchons. Cette quantité est propre à
l’action et de la réaction u. Pour l’illustrer, on utilise
notre planète et dépend de la nature de ses
souvent l’exemple d’un objet posé sur une table. Le poids matériaux, de leur densité et de ses
du corps est une force dirigée vers la table. Celle-ci exerce dimensions. La Lune, Mars, une pomme, une
aussi une force de réaction égale au poids du corps mais montagne ou tout autre corps n’ont pas la
dirigée en sens contraire. Grâce au principe de l’action et même masse. Ils n’attirent donc pas le même
de la réaction, on explique mathématiquement pourquoi objet pareillement. Un caillou, un
l’objet ne s’enfonce pas dans la table.
astronaute, une paire de baskets n’ont donc
pas le même poids sur
Deux objets de masse différente s’attirent avec la même force,proportionnelle à leur masse (m,
Terre et sur Mars. Sur la
celle du gros aspirateur, m’ celle du petit) et au carré de la distance (r) qui les sépare :
Planète rouge, ils sont
F = Gmm’/r2. Mais chacun soumet l’autre à un mouvement dont l’accélération est
près de trois fois plus
proportionnelle à sa propre masse. Le mouvement qu’impose le mastodonte à l’autre est de G
2
légers.
m/r . Le nain lui répond par G m’/r². Comme m’ est bien plus faible que m, le petit devrait
Très souvent, dans le langage courant, la confusion
s’installe entre masse et poids. La première se mesure
en kilogrammes. Sur Terre, Mars ou la Lune, elle ne
varie pas. Le poids, quant à lui, est la force
d’attraction, légèrement perturbée par la force
centrifuge, que la Terre exerce sur la masse. Il se
mesure en newton, 1 N est le poids qu’aurait une
masse de I kg si elle était accélérée de 1 m toutes les
secondes. Côté formule, le poids est le produit de la
masse par un paramètre que l’on appelle g ».
Ce
petit « g » (qu’il ne faut pas confondre avec le
symbole du gramme), qui fait donc le lien entre la
masse et le poids, s’appelle « accélération de la
pesanteur
Le petit prince du chefSur notre
d’oeuvre de SaintExupéry est léger sur sa
planète, la
planète. Entre sa rose, son
valeur
mouton et ses volcans,
pour ses 1,50 m et 40kg,
moyenne
il pèse 200 N
de g est de
(newtons)...
9,81 m/s2.
Sur Terre, il se sentirait
deux fois plus lourd:
Le chiffre a
il pèserait 400 N tout en
l’air d’être
gardant la même masse
précis,
40 kg. Car sur notre
planète, la gravité est
pourtant g
deux fois plus forte. Si le
n’est pas
petit prince entreprenait
un voyage à travers le
une
système solaire, il
constante
changerait de poids
sur notre
comme de planète:64 N
sur la Lune, 148 N sur
globe: des
Mars, 916 N sur Jupiter...
pôles à
Tout en conservant, au
l’équateur
cours de ce long voyage,
sa masse de 40 kg.
il joue au
yo-yo. A proximité d’une montagne, il est perturbé,
et, au fond d’une vallée, il se sent léger. Pourquoi g
varie-t-il sans cesse? D’abord l’intérieur de la planète
n’est pas fait de même genre de matières selon que
l’on se trouve ici ou là. Autrement dit, la tranche de
terre (de la croute que nous foulons jusqu’au centre)
n’est pas la même sous les pieds des Russes, des
Américains, des Chinois et des Européens. La même
portion contient plus ou moins de matière. Non pas
que sous les pieds des Chinois la terre soit du gruyère,
mais la matière est plus ou moins dense. Du coup, la
Terre attire plus ou moins fortement, et, en surface, le
poids varie très légèrement! Enfin, à proximité d’un
excès de masse, une montagne, par exemple,
l’attraction est plus importante.
Ces petites variations qui nous font perdre ou gagner
du poids sans changer de mensurations
empoisonnent... les météorologues et affectent
LEJ / Physique 2ème
-25-
indirectement tous les engins volants, des
hélicoptères aux satellites, en passant par les
missiles. Toutes ces activités nécessitent la
connaissance précise de la pression
atmosphérique. Or la pression atmosphérique à
un point n’est rien d’autre que le poids de la
colonne d’air au-dessus de ce point ; Et pour
calculer le
Les moindres modifications de la
poids, il faut
gravité sont détectées en altitude
bien
et sous les montagnes
mesurer g
avec précision. Comment? avec un gravimètre.
Grâce à cet appareil, les obsédés des régimes sont
comblés: on peut connaître à tout moment et à
10-10 près (précision de 0,0 000 000 001) son
poids. L’élément de base de cet engin est in
ressort relié à une masse. Cette dernière est
attirée par la Terre, par les collines
environnantes, par le plateau sur lequel se
trouve l’appareil.. et déforme le ressort.
L’allongement indique directement la valeur
de la pesanteur à ce point.
Ainsi baladé à travers monts et plaines, le
gravimètre indique les variations de poids
d’une masse de I kg..., mais ces différentes
valeurs déroutent les géophysiciens : ils
cherchent à comprendre pourquoi à tel
endroit la valeur de g est forte ou faible...
alors ils recensent les cavités et les montagnes
qui attirent plus ou moins la masse pour
isoler la vraie valeur de g au niveau de la mer.
Ils obtiennent ainsi l’accélération de la
pesanteur due aux différents matériaux
enfouis sous nos pieds. Pour ceci les
spécialistes n’hésitent pas à multiplier les
mesures : les militaires de l’US Air Force
emportent leur gravimètre à l’intérieur d’une
grotte installée sous une montagne de
granite pour estimer l’attraction de cet excès
de masse ou à 600 m d’altitude en haut
d’une tour de télévision. Selon la loi de la
gravitation, la valeur de g diminue de façon
proportionnelle au carré de la distance (ici la
hauteur)
Professeurs :Friat + Vanden Abeele
Chapitre 1 :les forces / la gravité
date :