Karamö, le prof virtuelLeçon 13 sur 22
Le poids
Je sais donner les caractéristiques du poids d'un corps, le distinguer de la masse et calculer l'un à partir de l'autre avec P = m × g.
- 55 min
- 5 exercices corrigés
- 3 schémas
- QCM de 5 questions
À la fin de la leçon, tu sauras :
- Définir le poids comme l'attraction de la Terre sur un corps
- Donner les quatre caractéristiques du poids et le représenter
- Distinguer masse (kg, balance) et poids (N, dynamomètre)
- Établir et utiliser la relation P = m × g
- Savoir que g dépend du lieu (Terre, Lune)
Avant de commencer : La leçon « La force » : caractéristiques d'une force, dynamomètre, représentation par un vecteur, équilibre sous deux forces. Conversions de masses (g, kg).
1Je découvre
Au marché de Labé, Mariama achète un sac de pommes de terre. Le vendeur accroche le sac au crochet d'un peson : le ressort s'allonge et l'aiguille indique 5 kg. Mariama se demande : « Le sac ne touche pas le peson, sauf par le crochet… Qu'est-ce qui tire le sac vers le bas ? »
Le soir, son petit frère Ibrahima regarde un documentaire sur les astronautes qui ont marché sur la Lune : ils sautaient très haut, comme s'ils étaient devenus légers. Pourtant, ils n'avaient pas maigri : leur corps contenait toujours la même quantité de matière.
Ibrahima demande : « Alors, sur la Lune, est-ce qu'on pèse moins, ou est-ce qu'on a moins de masse ? » Mariama hésite : dans la vie de tous les jours, on dit « je pèse 50 kilos », mais son professeur de physique dit que ce n'est pas tout à fait correct.
Qu'est-ce que le poids d'un corps, en quoi est-il différent de la masse, et comment passer de l'un à l'autre ?
2Je comprends
1. Le poids : une action à distance de la Terre
Lâche un objet : il tombe. Pose-le sur une table : il appuie sur elle. Accroche-le à un ressort : le ressort s'allonge. Dans tous les cas, c'est la Terre qui attire l'objet vers elle, sans le toucher.
Le poids d'un corps est la force d'attraction que la Terre exerce sur ce corps. On le note P. C'est une action à distance et répartie : la Terre attire chaque petite partie du corps. Pour simplifier, on considère que le poids s'applique en un seul point : le centre de gravité G du corps.
2. Les quatre caractéristiques du poids
| Caractéristique | Pour le poids |
|---|---|
| Point d'application | le centre de gravité G du corps |
| Direction | la verticale du lieu |
| Sens | vers le bas (vers le centre de la Terre) |
| Intensité | P, en newtons (N), mesurée avec un dynamomètre |
La verticale du lieu se matérialise avec un fil à plomb : un fil au bout duquel pend une masse. Quand il est immobile, le fil indique la verticale. Les maçons de Guinée l'utilisent pour monter des murs bien droits.
Pour un objet de forme simple et fait d'une seule matière (une règle, un disque, une boule), le centre de gravité est au centre de l'objet.
3. Mesurer un poids
On accroche l'objet au crochet d'un dynamomètre. Quand l'objet est immobile, il est en équilibre sous l'action de deux forces : son poids P (vers le bas) et la force F exercée par le ressort (vers le haut). D'après la condition d'équilibre vue dans la leçon précédente, ces deux forces ont la même intensité : le dynamomètre indique la valeur du poids.
4. Masse et poids : deux grandeurs différentes
| Masse m | Poids P | |
|---|---|---|
| Ce que c'est | la quantité de matière d'un corps | la force d'attraction de la Terre sur ce corps |
| Unité | kilogramme (kg) | newton (N) |
| Instrument de mesure | balance | dynamomètre |
| Dépend du lieu ? | non, elle est la même partout | oui, elle change selon le lieu |
La masse d'un sac de riz est la même à Kankan, au sommet du mont Nimba ou sur la Lune. Son poids, lui, est beaucoup plus faible sur la Lune.
Dans la vie courante, on dit « je pèse 50 kg » : en physique, il faut dire « ma masse est de 50 kg ».
5. La relation entre le poids et la masse
Expérience. On accroche successivement au dynamomètre des masses marquées et on note le poids :
| Masse m (kg) | 0,1 | 0,2 | 0,3 | 0,5 | 1 |
|---|---|---|---|---|---|
| Poids P (N) | 0,98 | 1,96 | 2,94 | 4,9 | 9,8 |
| Pm (N/kg) | 9,8 | 9,8 | 9,8 | 9,8 | 9,8 |
Le quotient Pm est constant : le poids est proportionnel à la masse. Ce coefficient de proportionnalité s'appelle l'intensité de la pesanteur, notée g.
P = m × g
- P : poids en newtons (N) ;
- m : masse en kilogrammes (kg) ;
- g : intensité de la pesanteur en newtons par kilogramme (N/kg).
Sur la Terre, g ≈ 9,8 N/kg. Dans les exercices, on prend souvent g = 10 N/kg pour simplifier les calculs : l'énoncé te dira quelle valeur utiliser.
On en déduit aussi : m = Pg et g = Pm.
C'est grâce à cette proportionnalité qu'un peson peut être gradué en kilogrammes : il mesure en réalité un poids, puis la graduation le « traduit » en masse, ce qui n'est juste que sur la Terre.
6. La valeur de g dépend du lieu
L'intensité de la pesanteur n'est pas la même partout. Sur la Terre, elle varie un peu (elle est un peu plus forte aux pôles qu'à l'équateur, et un peu plus faible en altitude), mais on garde 9,8 N/kg. Sur les autres astres, elle est très différente :
Sur la Lune, g est environ 6 fois plus faible que sur la Terre (9,8 ÷ 1,6 ≈ 6). Voilà pourquoi les astronautes sautaient si haut : leur masse n'avait pas changé, mais leur poids était environ six fois plus petit.
Méthode
Pour calculer un poids ou une masse :
- J'écris la relation : P = m × g.
- Je convertis la masse en kilogrammes si elle est donnée en grammes (diviser par 1 000).
- Je remplace par les valeurs, en utilisant le g donné par l'énoncé.
- Je calcule et j'écris le résultat avec son unité (N pour un poids, kg pour une masse).
Exemple
Calculer le poids, sur la Terre, du sac de pommes de terre de Mariama (m = 5 kg). On prend g = 9,8 N/kg.
P = m × g = 5 × 9,8 = 49 N.
Le poids du sac est de 49 N.
Exemple
Une mangue a une masse de 350 g. Calculer son poids avec g = 10 N/kg.
Conversion : 350 g = 350 ÷ 1 000 = 0,35 kg.
P = m × g = 0,35 × 10 = 3,5 N.
Exemple
Un dynamomètre indique 196 N quand on y suspend un sac de maïs. Quelle est la masse du sac ? (g = 9,8 N/kg)
m = P ÷ g = 196 ÷ 9,8 = 20 kg.
Exemple
Un astronaute a une masse de 80 kg. Calculer sa masse et son poids sur la Terre (g = 9,8 N/kg), puis sur la Lune (g = 1,6 N/kg).
Masse : 80 kg sur la Terre comme sur la Lune (la quantité de matière ne change pas).
Poids sur la Terre : P = 80 × 9,8 = 784 N.
Poids sur la Lune : P = 80 × 1,6 = 128 N.
Son poids est environ 6 fois plus faible sur la Lune (784 ÷ 128 ≈ 6,1).
3Je retiens
Je retiens
Le poids d'un corps est la force d'attraction exercée par la Terre sur ce corps : c'est une action à distance.
Caractéristiques du poids : point d'application le centre de gravité G ; direction la verticale du lieu ; sens vers le bas ; intensité P en newtons.
La masse (kg, balance) est la quantité de matière : elle ne dépend pas du lieu. Le poids (N, dynamomètre) dépend du lieu.
Relation : P = m × g, avec m en kg, g en N/kg et P en N.
Sur la Terre g ≈ 9,8 N/kg (souvent arrondi à 10 N/kg) ; sur la Lune g ≈ 1,6 N/kg.
4Erreurs fréquentes
- Confondre masse et poids : « un poids de 5 kg » est faux ; on dit « une masse de 5 kg » et « un poids de 49 N ».
- Oublier de convertir les grammes en kilogrammes : pour 250 g, on calcule 0,25 × 10 = 2,5 N, et non 250 × 10.
- Croire que la masse change sur la Lune : c'est le poids qui change, la masse reste la même.
- Dessiner le poids à partir du point où l'objet est accroché : le poids part toujours du centre de gravité G.
5Je m’exerce
1Exercice 1
Recopie et complète le tableau.
| Masse | Poids | |
|---|---|---|
| Définition | … | … |
| Unité | … | … |
| Instrument | … | … |
Voir le corrigéCacher le corrigé
| Masse | Poids | |
|---|---|---|
| Définition | quantité de matière d'un corps | force d'attraction de la Terre sur le corps |
| Unité | kilogramme (kg) | newton (N) |
| Instrument | balance | dynamomètre |
2Exercice 2
On prend g = 10 N/kg. Calcule le poids de :
a) un bidon d'huile de 5 kg ;
b) une noix de cola de 20 g ;
c) un sac de ciment de 50 kg.
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a) P = 5 × 10 = 50 N.
b) 20 g = 0,02 kg, donc P = 0,02 × 10 = 0,2 N.
c) P = 50 × 10 = 500 N.
3Exercice 3
Un dynamomètre indique 14,7 N quand on y accroche un régime de bananes. Calcule sa masse avec g = 9,8 N/kg.
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m = Pg = 14,79,8 = 1,5 kg.
4Exercice 4
Une pierre de 2 kg est posée sur le sol.
a) Donne les caractéristiques de son poids (g = 10 N/kg).
b) Représente ce poids à l'échelle 1 cm pour 5 N.
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a) Point d'application : le centre de gravité G de la pierre ; direction : la verticale ; sens : vers le bas ; intensité : P = m × g = 2 × 10 = 20 N.
b) Longueur de la flèche : 20 ÷ 5 = 4 cm. On trace une flèche verticale de 4 cm, partant de G, dirigée vers le bas.
5Exercice 5
(Type examen) Lansana mesure le poids de plusieurs objets et obtient :
| m (kg) | 0,2 | 0,4 | 0,6 | 1,5 |
|---|---|---|---|---|
| P (N) | 2 | 4 | 6 | 15 |
a) Calcule Pm pour chaque objet. Que constates-tu ?
b) Quel nom donne-t-on à ce quotient ? Quelle est sa valeur ici ?
c) Un objet de même nature a une masse de 3,2 kg. Quel est son poids à cet endroit ?
d) Sur la Lune, où g = 1,6 N/kg, quels seraient la masse et le poids de l'objet de 1,5 kg ?
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a) 20,2 = 10 ; 40,4 = 10 ; 60,6 = 10 ; 151,5 = 10. Le quotient est constant : le poids est proportionnel à la masse.
b) C'est l'intensité de la pesanteur g ; ici g = 10 N/kg.
c) P = m × g = 3,2 × 10 = 32 N.
d) La masse ne dépend pas du lieu : m = 1,5 kg. Le poids sur la Lune est P = 1,5 × 1,6 = 2,4 N.
Cherche d’abord seul, sur ton cahier, puis ouvre le corrigé pour comparer.
6Je vérifie
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