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

TP12 L A M ASSE NE FAIT PAS LE P OIDS
BUT : Comparer le poids et la force de gravitation – comprendre de quoi dépend l’intensité de pesanteur –
distinguer poids et masse.
T INTIN , M ILOU ET LE CAPITAINE H ADDOCK :
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 :
1
2
m m
F = G
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 m
T
= 5,98×10
24
kg ; rayon de la Terre R
T
≈ 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 g
Terre
.
(Aide : partir de l’égalité P
Tintin
= F
Terre /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 :
 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 g
Lune
≠ g
Terre
?
 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-astronautes-
confrontes-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
Lieu g (N/Kg)
Paris 49° Nord 9,81
Pôle Nord 90° Nord 9,83
équateur 0° 9,78