ch 09 le poids - Nathalie Rion
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ch 09 le poids - Nathalie Rion
CH 09 I- LE POIDS LE POIDS D’UN OBJET 11- L’attraction terrestre Livre (Bordas, ESPACE, 2008), p 122, Activité 1, Questions 1 à 4 Q1 : L’intensité de pesanteur g est l’intensité de gravitation à proximité immédiate d’une planète. Elle dépend de la masse de la planète Q2 : Quand la masse de la planète augmente, l’intensité de pesanteur g augmente également. Quand la distance entre le centre de la planète et l’objet augmente, l’intensité de pesanteur diminue. Isaac Newton dans son ouvrage Principia Mathematica, 1687 : Deux corps massiques quelconques s’attirent avec une force directement proportionnelle au produit de leurs masses et inversement proportionnelle au carré de leur distance. Donc g Terre = (G × MTerre) / d(objet – Terre) ² Q3 : Sur certaines planètes, l’intensité de pesanteur est tellement faible qu’elle ne permet pas à la planète de retenir l’atmosphère. Q4 : Les fusées françaises décollent de Kourou, en Guyane, car c’est la région française où l’intensité de pesanteur est la plus faible. On remarque que la Terre n’est pas tout à fait ronde grâce aux différentes valeurs de l’intensité de pesanteur sur la Terre. L’intensité de pesanteur est plus élevée aux pôles (donc la Terre est aplatie aux pôles) et plus faible à l’équateur (donc la Terre a un renflement au niveau de l’équateur) L’intensité de pesanteur au voisinage de la Terre a une valeur moyenne de 9,81 N.kg-1. Dans la pratique, on prend souvent g = 10 N.kg-1. 12- Caractéristiques du poids Livre (Hatier, 2008), p 204, Activité 1, Questions 1 à 6 Matériel : fil à plomb + dynamomètre (professeur) Q1 : La balle seulement soumise à l’attraction terrestre, donc à son propre poids. Q2 : La distance AB < distance BC < distance CD. Donc au cours de la chute, la vitesse de la balle augmente. Q3 : La trajectoire de la balle, lors de sa chute, est parallèle au fil à plomb. Donc l’attraction terrestre et le poids de la balle ont une direction verticale et un sens du haut vers le bas. Q4 : Sur le dynamomètre, on repère : 1La molette de réglage du zéro 2Un ressort calibré 3Un curseur (pour la mesure) 4Une échelle graduée en Newton 5Un crochet pour suspendre l’objet. Q5 : L’unité de mesure du poids est le Newton de symbole N. Q6 : D’après le dynamomètre, la balle a un poids de 0,6 N 1 II- Relation entre le poids et la masse d’un objet (Polycopié) 21- TP Noté A- Expérience 123Masse m en g Masse m En kg Poids P en Newton (N) Mesurer, à l’aide d’un dynamomètre, le poids de différentes masses marquées Schématiser le montage expérimental et nommer le matériel utilisé Compléter le tableau ci-dessous 0 50 100 200 300 500 P/m En N.kg-1 B- Relation entre Poids et masse 123- C- Vous tracerez le graphique du poids P en fonction de la masse m (P en ordonnées et m en abscisse) En déduire une relation reliant poids et masse (en justifiant), sachant que la gravitation à la surface de la Terre (notée g) a une valeur proche de 10 N.kg-1 À l’aide de vos résultats, vous donnerez la masse de votre trousse. Différence fondamentale entre poids et masse A l’aide des différentes données, vous expliquerez la différence fondamentale qui existe entre poids et masse Pour une masse de 10 kg, on a obtient les tableaux suivants : g suivant la latitude Poids suivant la latitude Paris : Pôle Nord : Equateur : g = 9,81 N.kg-1 g = 9,83 N.kg-1 g = 9,78 N.kg-1 g suivant l’altitude Chamonix (1008 m) : g = 9,801 N.kg-1 Mont Blanc (4807 m) : g = 9,792 N.kg-1 g suivant la planète Terre : Lune : g = 9,8 N.kg-1 g = 1,6 N.kg-1 Paris : Pôle Nord : Equateur : P = 98,1 N P = 98,3 N P = 97,8 N Poids suivant l’altitude Chamonix (1008 m) : P = 98,01 N Mont Blanc (4807 m) : P = 97,92 N Poids suivant la planète Terre : Lune : P = 98 N P = 16 N Barème du compte-rendu Schémas Tableau avec m et P Calcul de g (tableau) Graphique p = f(m) Relation p = mg, proportionnalité, droite passant par l’origine Masse objet quelconque avec expérience + justification Différence entre P et m /3 /2 /2 Unités : /2 Axes nommés : /2 Droite : / 1 /3 /3 /2 2 22- Correction A- Expérience Masse m en g Masse m En kg Poids P en Newton (N) 0 50 100 200 300 500 0 0,05 0,1 0,2 0,3 0,5 0 0,5 1 2 3 5 10 10 10 10 10 P/m En N.kg-1 B- Relation entre Poids et masse 1- P en N Masse en kg 2On constate que le rapport P / m est constant et égal à 10 N.kg -1. De plus, la courbe représentant le poids en fonction de la masse est une droite qui passe par l’origine. On en déduit qu’il y a une relation de proportionnalité entre le poids P et la masse m En un lieu donné, le poids d’un objet est proportionnel à sa masse. P =g P=m×g ou m N kg N.kg-1 où g est l’intensité de pesanteur (elle s’exprime en N.kg-1) 3- On mesure P(trousse) = 2,5 N. Or P = m × g donc m = P / g = 2,5 / 10 = 0,25 kg 3 C- Différence fondamentale entre poids et masse La masse s’exprime en kilogramme et elle ne varie pas avec le lieu Le poids s’exprime en Newton et il varie en fonction de l'intensité de pesanteur qui elle varie en fonction du lieu. Donc le poids varie en fonction du lieu Ex : m = 45 kg PParis = m × gParis = 45 × 9,81 = 441,45 N PEquateur = m × gEquateur = 45 × 9,78 = 440,1 N PLune = m × gLune = 45 × 1,6 = 72 N ON CONFOND A TORT DANS LA VIE COURANTE POIDS ET MASSE. III- EXERCICES 31- Exercice sur polycopié Correction Les schémas a, b, c et f sont faux car la direction du poids est verticale et son sens est vers le bas donc le poids est toujours dirigé vers le centre de la planète. 32- Exercice sur le livre Ex 13, 14, 15, 16, 22, 23 et 25 p 130 à 132 Correction ex 13 p 130 1- On utilise les masses marquées et le dynamomètre 2- On mesure le poids des masses avec le dynamomètre. 3- Le poids se mesure en Newton et la masse en kilogramme. 4- Pour montrer que P et m sont proportionnels on a les 2 méthodes suivantes. On montre que le rapport P / m est constant ou on trace P en fonction de m et on doit trouver une droite passant par l'origine 4 Correction ex 14 p 130 1- P = m × g = 4500 × 9,81 = 44145 N 2a- La masse ne change pas en fonction du lieu donc m = 4500 kg = 4,5 t 2b- PGéostattionnaire = m × gGéostationnaire = 4500 × 0,22 = 990 N Correction ex 15 p 130 Le bon graphique est le numéro 3 car : le poids se place en ordonnées et il se mesure en Newton la masse se place en ordonnées et elle se mesure en kg Ainsi, on a bien g en coefficient directeur de la droite qui s'exprime en N / kg Correction ex 16 p 130 1- Seule la balance de Roberval (à plateaux) permet de mesurer une masse. En réalité la balance électronique est un dynamomètre et la valeur du poids est convertie en masse grâce à la relation m = P / gTerre. La balance électronique ne permet de mesurer une masse que sur la Terre Comme la masse ne varie pas en fonction du lieu, que l’on soit sur la Terre ou sur la Lune, on aura toujours 50 g de matière 2- Le dynamomètre (ressort) mesure le poids. PLune = m × gLune = m × gTerre / 6 = PTerre / 6 Donc PLune = 0,5 / 6 = 0,083 N 3- Les balances électroniques et les balances à aiguille (fonctionnant avec un ressort) mesure le poids puis convertissent le poids en masse à l’aide de la relation : m = P / gTerre ; or gTerre = 10 N.kg-1 . D’où m = P / 10. Sur la Lune, on PLune = 0,083 N. Donc cette balance va nous indiquer sur la Lune : m = 0,083 / 10 = 0,0083 kg = 8,3 g. Ce qui est bien entendu une mesure fausse !!!!!!!!!! 8,3 g 0,083 N 50 g 5 Correction ex 22 p 132 1Plus la valeur de l’intensité de pesanteur est grande (g), plus la droite aura une “pente” importante. - Droite Bleu clair : Jupiter - Droite Violette : Terre - Droite Verte : Mars - Droite Rouge : Lune 2Le poids d’un objet dépend de sa masse et de l’intensité du pesanteur(g), donc du lieu où se trouve cet objet 3Pour chaque planète, la courbe qui représente le poids en fonction de la masse est une droite qui passe par l’origine. Donc on a bien une relation de proportionnalité entre le poids et la masse pour chaque planète Correction ex 23 p 132 1a- Tout objet lâché qui n'est pas retenu car il subit l'attraction terrestre 1b- La direction de sa chute est verticale (même direction que le poids) 2P = m × g = 0,35 × 10 = 3,5 N 3a- Sa masse diminue au cours de sa chute car il y a une perte de matière (de la terre tombe du pot) 3b- Au cours de la chute, g reste constant mais la masse diminue (voir 3a). Comme P = m × g on en déduit que P diminue car m diminue Correction ex 25 p 132 1Pplanète = m × gPlanète = 80 × 300 = 24 000 N PTerre = m × gTerre = 80 × 10 = 800 N 2L'attracation de la planète de Superman est 30 fois plus forte que celle exercée par la Terre. Si Superman saute 7 m en longueur et 2 m en hauteur sur sa planète alors ses performances seront 3O fois plus grande sur la Terre. Donc sur la Terre, Superman va sauter 210 m en longueur et 60 m en hauteur. 6