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