TP12 LA MASSE NE FAIT PAS LE POIDS 1. Sur la Terre 1.1. Poids

TP12
LA MASSE NE FAIT PAS LE POIDS
BUT : Comparer le poids et la force de gravitation – comprendre de quoi dépend l’intensité de pesanteur –
distinguer poids et masse.
TINTIN, MILOU ET LE CAPITAINE HADDOCK :
Tintin, né en 1929, est un jeune journaliste Belge, reporter globe trotter.
Son allure et sa jeunesse permettent d’estimer sa masse m = 65 kg
Un jour dans les jardins du château de Moulinsart à la surface de la Terre…
Un autre jour sur la Lune…
De telles situation permettent de se demander si les capacités physiques de Tintin sont-elles très inférieures à celles du capitaine
Haddock ou pourquoi Tintin retombe-t-il très vite après la bordure alors que le capitaine Haddock fait un bond quasi-prodigieux ?
1. Sur la Terre
1.1. Poids d'un corps
Pour répondre aux questions suivantes, accéder la page suivante : http://phys.free.fr/maspoids.htm
1. Le poids et la masse sont elles des grandeurs équivalentes ou différentes ? Préciser ce qu'elles représentent.
2. Rappeler la relation mathématique entre le poids et la masse en précisant les noms des grandeurs
et leurs unités ?
S'inspirer de l'animation ci-après pour réaliser 3 mesures différentes de poids à l'aide du matériel* mis à disposition :
http://www.ac-nancy-metz.fr/Pres-etab/CollPaulVerlaineMetz/physique-chimie/site/_private/troisieme/mecanique/dynamometre.htm
* balance électronique
* solides de masses connues (masses marquées)
* dynamomètre
3. En déduire une valeur moyenne de "g" en N/kg sur Terre.
La valeur de "g" sur Terre est en général donnée égale à 9,8 N/kg
4. Le résultat obtenu expérimentalement est-il cohérent ?
5. Poser le calcul et donner le poids de Tintin sur Terre.
1.2. Interaction gravitationnelle
Dans l'animation ci-après, l'interaction gravitationnelle est représentée par deux actions attractives entre la Terre
et un satellite artificiel : http://scphysiques.free.fr/2nde/documents/gravity.swf
1. De quoi dépend la valeur de la force de gravitation modélisée par chaque flèche ?
La valeur de cette force se calcule par la relation : F = G ×
m1 × m2
d²
http://esamultimedia.esa.int/docs/issedukit/fr/activities/flash/start_toolbar.html#ex07_lec01.swf
2. Calculer la valeur de la force exercée par la Terre sur Tintin, situé à la surface de la Terre. (Attention aux unités !)
Données : Constante de gravitation G = 6,67 ×10-11 N.m².kg-² ; masse de la Terre mT = 5,98×1024 kg ; rayon de la Terre RT ≈ 6378 km
3. Comparer cette dernière valeur avec celle du poids de Tintin. Que peut dire du poids d’un objet sur Terre ?
4. En déduire quelle est l’expression de l’intensité de la pesanteur terrestre gTerre.
(Aide : partir de l’égalité PTintin = FTerre /Tintin , remplacer chaque terme par son expression puis simplifier le(s) terme(s) se trouvant de
chaque côté de l'égalité)
5. De quelle(s) grandeur(s) l’intensité de pesanteur dépend-elle (sur Terre ou sur un autre astre considéré) ?
On donne le tableau suivant présentant la valeur de g en fonction de trois lieux sur Terre :
Lieu
Paris 49° Nord
Pôle Nord 90° Nord
équateur 0°
g (N/Kg)
9,81
9,83
9,78
6. En regardant l’expression de "g", expliquer à l'aide d'un schéma, les différences de valeur suivant la latitude ?
7. Justifier alors le choix de Kourou (en Guyane française 5° Nord) comme base européenne du lanceur,
Ariane V aujourd'hui.
2. Sur la Lune
1. La masse est elle la même sur la Terre et sur la Lune ?
2. Le poids est-il le même sur la Terre et sur la Lune ?
En supposant que la masse du capitaine Haddock soit de 84 kg et de son équipement est de 110 kg :
3. Quel est le poids du capitaine Haddock sur Terre ?
Vérifier la réponse avec l'animation suivante :http://esamultimedia.esa.int/docs/issedukit/fr/activities/flash/start_toolbar.html#c4_p48_01.swf
4. Quelle est la masse du capitaine Haddock sur la Lune ?
5. Quel est le poids du capitaine Haddock sur la Lune ?
6. Quelle est la valeur de l'intensité (ou accélération) de pesanteur sur la Lune ?
7. Quelles sont les caractéristiques de la Lune permettant d'expliquer que gLune ≠ gTerre ?
8. Quel serait le poids de Tintin sans équipement sur la Lune ?
9. Proposer une explication au bond réalisé par le capitaine Haddock sur la Lune
Visionner la vidéo suivante : http://www.curiosphere.tv/video-documentaire/36-culture-scientifique/108170-reportage-les-astronautesconfrontes-a-la-pesanteur-lunaire
10. Le commentaire indique que les astronautes ne pèsent que 30 kg sur la Lune. Commenter.
11. Quelle a été la masse sur la Lune et sur Terre des pierres et poussières de Lune rapportées par les astronautes?
3. Et sur d'autres planètes
1. Sur quelle planète du système solaire le capitaine Haddock pourrait faire un bond encore plus impressionnant ?
2. Sur quelle planète du système solaire le bond du capitaine Haddock s’apparenterait à un saut de puce ?
4. Pour les plus rapides
Proposer une explication argumentée
à la situation ci-contre