Activité 6 : force de pesanteur Document 1 a. Tout corps livré à lui

date :
Activité 6 : force de pesanteur
A. Mise en situation :
Document 1
a. Tout corps livré à lui-même
b. Une
force
tombe
.
s’applique sur lui. Laquelle ? la force de pesanteur
C’est à cause d’elle que les corps sont lourds
c. Quel est l’auteur de cette force ?
.
; qu’ils ont du poids.
la Terre
.
d. Qu’est-ce que l’apesanteur ? l’absence de pesanteur
e. Y a- t-il de l’air dans la fusée ? Oui ( ils respirent)
.
.
f. En créant le vide dans une cloche sur Terre, serais-tu en apesanteur ? On ne serait pas
en apesanteur car la terre exercerait toujours une force sur nous.
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ème
/ Mme Vanden Abeele
Chapitre 1 : Notion de force / la force de pesanteur
Document 2
18
date :
Document 3
g. Y a-t-il une atmosphère autour de la Lune ? Il n’y a pas d’atmosphère ( pas d’air) autour
de la Lune.
h. Y a-t-il une pesanteur sur la Lune ? oui
, car c’est la
force
avec laquelle
la lune attire les corps.
i.
.
Sur la Lune, le capitaine Haddock a-t-il une masse ? Oui
et du poids ?
Oui
, à cause de
.
l’attraction 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
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Chapitre 1 : Notion de force / la force de pesanteur
….. sur la Lune
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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 les corps avec une force 6 fois moins importante
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 ____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____________________
B. Conclusion :




…La force de pesanteur est la force avec laquelle un astre attire les corps qui se situent dans
son environnement.……………………………………………….
…L’apesanteur est l’absence de pesanteur.……………………………………….
…La force de pesanteur n’est pas due à la présence de l’air autour de la Terre.
…L’intensité de la force de pesanteur dépend de l’astre sur lequel on se trouve.
………………………………………………………………………………………………………………………………….
…………………………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………………………….
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Chapitre 1 : Notion de force / la force de pesanteur
___L’absence d’atmosphère n’implique pas l’absence de pesanteur. ________
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date :
C. La force de 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
Chapitre 1 : Notion de force / la force de pesanteur
 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.
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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.
D. 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
de l’endroit où se trouve le corps.
; elle est liée au corps et est INDEPENDANTE
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 à 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
Balance de Roberval
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Trébuchet
Chapitre 1 : Notion de force / la force de pesanteur
L’unité de mesure de la masse est le kilogramme . Symbole : kg
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date :
Le poids d’un corps est 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 !)
L’unité de mesure de la masse est le newton . Symbole : N
Facteurs influençant le poids d’un corps :
 l’altitude
Le poids d’un corps diminue si l’altitude augmente et réciproquement.
Au niveau de la mer, un objet pèse …plus lourd……. qu’en altitude car la distance par rapport au
centre de la Terre y est …plus petite …………………………………………
 la latitude
Le poids d’un corps augmente si la latitude augmente et réciproquement.
Aux Pôles, un objet pèse …plus lourd.. qu’à l’équateur car la distance par rapport au centre de la
Terre y est …plus petite…………………………………………
Globe terrestre
g=9,83 N/kg
g=9,81 N/kg

la nature des matériaux dans le sol

la planète où l’on se trouve
30
27,3
25,9
25
en N/kg
20
15
10
1,6
Pluton
Neptun
e
Uranus
Saturne
Jupiter
Mars
Lune
Terre
Vénus
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Mercure
ème
Soleil
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4,6
3,7
3,6
5
0
11,3 11,5 11,6
8,8 9,8
Chapitre 1 : Notion de force / la force de pesanteur
g=9,78 N/kg
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date :
E. Lien entre poids et masse :
P=m.g
P = poids ( N)
m = masse (Kg)
g = « gravité» (N/Kg)
F. 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
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
plus grande
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 ? _____________
6. Y a-t-il de l’air sur toutes les planètes ?__________________________
7. Une comète qui passe près de la Terre est-elle attirée par celle-ci ?____
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 ?
______________________________________________________
______________________________________________________
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Chapitre 1 : Notion de force / la force de pesanteur
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 ?
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date :
G.
Réponses – Explications
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 subisse 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.
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Chapitre 1 : Notion de force / la force de pesanteur
8. a) au centre de la Terre, car à cet endroit, on est attiré de tous les côtés de la même manière.
25
date :
Document
Mais, dans le vide, raisonna Galilée, les deux corps
doivent toucher le sol au même instant. Un an après
sa mort, son élève, Evangelista Torricelli, réalisa
l’expérience dans le vide. Dans une enceinte où l’air
a été pompé, plume et pomme chutent à la même
vitesse exactement.
Les travaux sur la chute des corps menés du haut de
la tour de Pise inspirent, plus de cinquante ans après,
un Britannique, Isaac Newton. En 1686, celui-ci
annonce une série de lois sur le mouvement des
corps:
• La première paraît évidente, encore fallait—il la
formuler correctement sans l’action d’une force
extérieure et dans un milieu où l’on néglige la
résistance de l’air et les frottements, un objet au
repos reste éternellement dans cet état. Et le corps
initialement animé d’une vitesse n’accélère pas et ne
freine pas. C’est le principe d’inertie, Il en déduit que
tout changement de vitesse d’un corps est lié à
l’application d’une force. En clair, en l’absence de
forces -mêmes occultes - une table ne se met pas à
tourner.
• La deuxième loi de Newton donne plus de
précisions sur les relations entre cette force et le
mouvement. L’une et l’autre sont proportionnelles.
Plus la force appliquée est importante, plus le
changement de vitesse est grand, et enfin la
direction dans laquelle s’applique la force détermine
la direction de l’accélération. Autrement dit, pour
déplacer l’objet à droite, pas la peine de pousser vers
la gauche.
• La troisième loi est connue sous le nom du u
principe de l’action et de la réaction u. Pour
l’illustrer, on utilise souvent l’exemple d’un objet
posé sur une table. Le poids du corps est une force
dirigée vers la table. Celle-ci exerce aussi une force
de réaction égale au poids du corps mais dirigée en
sens contraire. Grâce au principe de l’action et de la
réaction, on explique mathématiquement pourquoi
l’objet ne s’enfonce pas dans la table.
• A ces trois lois s’appliquant aux corps en mouvement
s’ajoute une quatrième, la plus importante, l’héritage de
Newton, la loi de la gravitation universelle : deux corps
s’attirent mutuellement avec une force proportionnelle à
leur masse et inversement proportionnelle au carré de
leur distance (voir formule ci-dessous). La pomme attire
la Terre et inversement.., chacune développe une force
égale. En revanche,
chacun soumet l’autre à une accélération
proportionnelle à sa masse: 100 g d’un côté et... près de
6.1021 t, soit
60 000 000 000 000 000 000 000 000 fois plus
de l’autre! Pas étonnant que la pomme s’écrase sur la
Terre et non l’inverse.
Une seule loi explique le
mouvement des astres, la
chute des pommes et des
milliers d’autres détails
du monde... La Terre
attire la Lune et vice
versa, le Soleil aussi, ainsi
que tous les corps qui lui tournent autour, et
ce d’autant plus fort qu’ils sont plus près. L’influence de
Neptune, planète située à l’orée du système solaire, est
négligeable
sur la Terre. La force d’attraction de la Terre dépend
donc de sa masse : c’est la quantité de matière que
contient la boule sur laquelle nous marchons. Cette
quantité est propre à notre planète et dépend de la
nature de ses matériaux, de leur densité et de ses
dimensions. La Lune, Mars, une pomme, une montagne
ou tout autre corps n’ont pas la même masse. Ils
n’attirent donc pas le même objet pareillement. Un
caillou, un astronaute, une paire de baskets n’ont donc
pas le même poids sur Terre et sur Mars.
Les moindres modifications de la
gravité sont détectées en altitude
et sous les montagnes
Deux objets de masse différente s’attirent avec la même force, proportionnelle à leur masse (m,
celle du gros aspirateur, m’ celle du petit) et au carré de la distance (r) qui les sépare :
F = Gmm’/r2. Mais chacun soumet l’autre à un mouvement dont l’accélération est
proportionnelle à sa propre masse. Le mouvement qu’impose le mastodonte à l’autre est de G
m/r2. Le nain lui répond par G m’/r². Comme m’ est bien plus faible que m, le petit devrait
s’écraser sur le gros ! Mais, sur Terre, tous deux sont rivés au sol par la pesanteur, qui les maintient
à leur place.
masse et poids.
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Chapitre 1 : Notion de force / la force de pesanteur
LECTURE
Sur la Planète rouge, ils sont
près de trois fois plus légers.
Très souvent, dans le
langage courant, la
confusion s’installe entre
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date :
Le petit prince du chefd’œuvre de Saint-Exupéry
est léger sur sa planète.
Entre sa rose, son
mouton et ses volcans,
pour ses 1,50 m et 40kg,
il pèse 200 N
(newtons)...
Sur Terre, il se sentirait
deux fois plus lourd:
il pèserait 400 N tout en
gardant la même masse
40 kg. Car sur notre
planète, la gravité est
deux fois plus forte. Si le
petit prince entreprenait
un voyage à travers le
système solaire, il
changerait de poids
comme de planète:64 N
sur la Lune, 148 N sur
Mars, 916 N sur Jupiter...
Tout en conservant, au
cours de ce long voyage,
sa masse de 40 kg.
confondre avec le
symbole du gramme),
qui fait donc le lien entre la masse et le poids,
s’appelle « accélération de la pesanteur Sur notre
planète, la valeur moyenne de g est de 9,81 m/s2. Le
chiffre a l’air d’être précis, pourtant g n’est pas une
constante sur notre globe: des pôles à l’équateur 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.
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Ces petites variations qui nous font perdre ou
gagner du poids sans changer de mensurations
empoisonnent... les météorologues et affectent
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 poids, il faut bien 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)
« Science et vie junior »
Chapitre 1 : Notion de force / la force de pesanteur
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
27