Exercices et corrigés

Exercices Physique Chimie

Calcul de la Force de Pesanteur

Calcul de la Force de Pesanteur

La Force qui nous Attire : Calculons le Poids !

Masse et Poids : Deux notions à ne pas confondre !

Dans la vie de tous les jours, on utilise souvent le mot "poids" pour parler de la "lourdeur" d'un objet, que l'on mesure en kilogrammes avec une balance. En physique, c'est un peu différent ! La masse d'un objet est la quantité de matière qui le compose (en kg). Le poids, lui, est la force avec laquelle la Terre (ou un autre astre) attire cet objet à cause de la gravité. Cette force se mesure en Newtons (N). La bonne nouvelle, c'est qu'il existe une relation simple entre la masse et le poids, grâce à une valeur appelée intensité de la pesanteur (\(g\)).

Combien Pèsent ces Objets ?

L'équipe de sciences du collège organise un concours : "Devine le poids !". Pour cela, ils ont mesuré la masse de plusieurs objets.

Informations et données :

  • Sur Terre, l'intensité de la pesanteur (\(g\)) est d'environ \(9,8 \, \text{Newtons par kilogramme (N/kg)}\). Pour simplifier certains calculs, on prendra parfois \(g \approx 10 \, \text{N/kg}\) quand c'est indiqué.
  • Un pack de 6 bouteilles d'eau a une masse totale de \(9 \, \text{kilogrammes (kg)}\).
  • Un smartphone a une masse d'environ \(180 \, \text{grammes (g)}\).
  • Un élève, Tom, a une masse de \(50 \, \text{kg}\).
Schéma : Mesure de la masse et représentation du poids
m = ? kg Objet Masse (sur balance) Poids (P) Objet Poids (Force de gravité) Masse (mesurée) et Poids (calculé)

La balance mesure la masse. Le poids est la force de gravité agissant sur cette masse.

Questions à traiter

  1. Quelle est la différence fondamentale entre la masse d'un objet et son poids ? Quelles sont leurs unités respectives ?
  2. Écris la relation mathématique (la formule) qui lie le poids (\(P\)) d'un objet à sa masse (\(m\)) et à l'intensité de la pesanteur (\(g\)).
  3. La masse du smartphone est donnée en grammes. Convertis cette masse en kilogrammes (kg) pour pouvoir utiliser la formule du poids avec \(g\) en N/kg.
  4. En utilisant \(g = 9,8 \, \text{N/kg}\), calcule le poids :
    1. Du pack de 6 bouteilles d'eau.
    2. Du smartphone (utilise sa masse en kg).
    3. De Tom.
  5. Si on transportait le pack de bouteilles d'eau sur la Lune, où l'intensité de la pesanteur est \(g_{\text{Lune}} \approx 1,6 \, \text{N/kg}\) :
    1. Quelle serait sa masse sur la Lune ?
    2. Quel serait son poids sur la Lune ?
  6. Pourquoi est-il important d'utiliser les bonnes unités (kg pour la masse, N/kg pour g) lorsqu'on calcule le poids en Newtons ?

Correction : Combien Pèsent ces Objets ?

Question 1 : Différence entre masse et poids, et unités

Réponse :

La masse d'un objet est la quantité de matière qui le constitue. Elle est propre à l'objet et ne change pas quel que soit l'endroit où il se trouve (Terre, Lune, espace...). Son unité dans le Système International (SI) est le kilogramme (kg).

Le poids d'un objet est la force d'attraction gravitationnelle exercée sur cet objet par un astre (comme la Terre). Le poids dépend de la masse de l'objet et de l'intensité de la pesanteur du lieu. C'est une force, et son unité dans le SI est le Newton (N).

Question 2 : Formule du poids

Réponse :

La relation mathématique (formule) qui lie le poids (\(P\)), la masse (\(m\)) et l'intensité de la pesanteur (\(g\)) est :

\[ P = m \times g \]

Question 3 : Conversion de la masse du smartphone

Donnée :
  • Masse du smartphone : \(180 \, \text{g}\)
Calcul :

Puisque \(1 \, \text{kg} = 1000 \, \text{g}\), pour convertir des grammes en kilogrammes, on divise par 1000.

\[ m_{\text{smartphone}} = \frac{180 \, \text{g}}{1000 \, \text{g/kg}} = 0,18 \, \text{kg} \]
Résultat Question 3 : La masse du smartphone est de \(0,18 \, \text{kg}\).

Question 4 : Calcul du poids des objets sur Terre (\(g = 9,8 \, \text{N/kg}\))

a) Poids du pack de bouteilles d'eau :
  • Masse (\(m_{\text{pack}}\)) : \(9 \, \text{kg}\)
\[ \begin{aligned} P_{\text{pack}} &= m_{\text{pack}} \times g \\ &= 9 \, \text{kg} \times 9,8 \, \text{N/kg} \\ &= 88,2 \, \text{N} \end{aligned} \]
b) Poids du smartphone :
  • Masse (\(m_{\text{smartphone}}\)) : \(0,18 \, \text{kg}\)
\[ \begin{aligned} P_{\text{smartphone}} &= m_{\text{smartphone}} \times g \\ &= 0,18 \, \text{kg} \times 9,8 \, \text{N/kg} \\ &= 1,764 \, \text{N} \end{aligned} \]
c) Poids de Tom :
  • Masse (\(m_{\text{Tom}}\)) : \(50 \, \text{kg}\)
\[ \begin{aligned} P_{\text{Tom}} &= m_{\text{Tom}} \times g \\ &= 50 \, \text{kg} \times 9,8 \, \text{N/kg} \\ &= 490 \, \text{N} \end{aligned} \]
Résultats Question 4 :
  • Poids du pack d'eau : \(88,2 \, \text{N}\)
  • Poids du smartphone : \(1,764 \, \text{N}\) (environ \(1,76 \, \text{N}\))
  • Poids de Tom : \(490 \, \text{N}\)

Quiz Intermédiaire 1 : Un objet a une masse de \(10 \, \text{kg}\). Son poids sur Terre (avec \(g \approx 10 \, \text{N/kg}\)) est d'environ :

Question 5 : Pack d'eau sur la Lune

a) Masse du pack sur la Lune :

La masse d'un objet ne dépend pas du lieu où il se trouve. Elle est la même sur la Terre et sur la Lune.

Masse du pack sur la Lune (\(m_{\text{pack}}\)) = \(9 \, \text{kg}\).

b) Poids du pack sur la Lune :
  • Masse du pack (\(m_{\text{pack}}\)) : \(9 \, \text{kg}\)
  • Intensité de la pesanteur sur la Lune (\(g_{\text{Lune}}\)) : \(1,6 \, \text{N/kg}\)
\[ \begin{aligned} P_{\text{pack (Lune)}} &= m_{\text{pack}} \times g_{\text{Lune}} \\ &= 9 \, \text{kg} \times 1,6 \, \text{N/kg} \\ &= 14,4 \, \text{N} \end{aligned} \]
Résultat Question 5 : Sur la Lune, la masse du pack d'eau serait de \(9 \, \text{kg}\) et son poids serait de \(14,4 \, \text{N}\).

Question 6 : Importance des unités

Réponse :

Il est très important d'utiliser les bonnes unités en physique pour plusieurs raisons :

  • Cohérence des formules : Les formules physiques sont établies pour fonctionner avec des unités spécifiques du Système International (SI). Si on mélange les unités (par exemple, des grammes avec des N/kg sans convertir), le résultat du calcul sera incorrect et n'aura pas de sens physique.
  • Signification du résultat : L'unité du résultat nous donne une information sur la nature de la grandeur calculée. Un poids s'exprime en Newtons (unité de force), pas en kilogrammes (unité de masse).
  • Communication scientifique : Utiliser des unités standardisées permet aux scientifiques (et aux élèves !) du monde entier de comprendre et de comparer leurs résultats facilement.

Dans le cas du calcul du poids \(P = m \times g\), si \(m\) est en kg et \(g\) en N/kg, alors les "kg" se simplifient et le résultat \(P\) est bien en Newtons (N) : \( \text{kg} \times \frac{\text{N}}{\text{kg}} = \text{N} \).

Quiz Intermédiaire 2 : Si l'intensité de la pesanteur (\(g\)) diminue, le poids d'un objet de masse constante :

Quiz Rapide : Testez vos connaissances (Récapitulatif)

1. La masse d'un objet est mesurée en :

2. Le poids est une force qui dépend de :

3. Si un objet a une masse de \(2000 \, \text{g}\) et que \(g = 10 \, \text{N/kg}\), son poids est de :

Glossaire

Masse (m)
Quantité de matière qui constitue un objet. Elle est constante et se mesure en kilogrammes (kg) ou en grammes (g).
Poids (P)
Force d'attraction gravitationnelle exercée par un astre (comme la Terre) sur un objet. C'est une force, mesurée en Newtons (N).
Gravité (ou Pesanteur)
Phénomène par lequel les corps ayant une masse s'attirent mutuellement. Sur Terre, c'est la force qui nous attire vers le sol.
Intensité de la pesanteur (g)
Constante qui caractérise la force de gravité en un lieu donné. Elle exprime la force de gravité par unité de masse. Sur Terre, sa valeur moyenne est d'environ \(9,8 \, \text{N/kg}\).
Newton (N)
Unité de mesure de la force dans le Système International (SI). Le poids est une force, donc il s'exprime en Newtons.
Kilogramme (kg)
Unité de base de la masse dans le Système International.
Gramme (g)
Sous-multiple du kilogramme (\(1 \, \text{kg} = 1000 \, \text{g}\)).
Balance
Instrument utilisé pour mesurer la masse d'un objet.
Dynamomètre
Instrument utilisé pour mesurer une force, comme le poids d'un objet. Il est gradué en Newtons.
Calcul du Poids d’Objets Courants - Exercice d'Application

D’autres exercices de physique 3 ème:

Étude du Poids et de la Masse
Étude du Poids et de la Masse

Poids et Masse : Quelle Différence sur la Balance et dans l'Espace ? Poids et Masse : Quelle Différence sur la Balance et dans l'Espace ? "Je pèse 50 kilos !" Est-ce vraiment correct de dire cela ? Explorons la différence entre poids et masse ! Dans la vie de tous les...

Analyse du Mouvement d’un Kart en Course
Analyse du Mouvement d’un Kart en Course

Analyse du Mouvement d’un Kart en Course Le Grand Prix de Karting : Analyse de Vitesse et d'Accélération Vitesse, accélération : les secrets d'un pilote de kart ! Lors d'une course de karting, les pilotes ne roulent pas toujours à la même vitesse. Ils accélèrent en...

Calcul de la Masse Volumique du Plastique
Calcul de la Masse Volumique du Plastique

Calcul de la Masse Volumique du Plastique Le Plastique Mystère : À la Découverte de sa Masse Volumique Identifier les plastiques : une question de "lourdeur" pour leur taille ! Les plastiques sont partout autour de nous : bouteilles, jouets, emballages... Mais...

Mouvement d’un skateboarder dans un parc
Mouvement d’un skateboarder dans un parc

Mouvement d’un Skateboarder dans un Parc Figures de Skate : Vitesse et Énergie en Jeu ! Du haut de la rampe au saut : la physique du skate ! Le skateboard est un sport qui combine équilibre, agilité et... physique ! Lorsqu'un skateboarder s'élance sur une rampe,...

Étude d’un Son Musical
Étude d’un Son Musical

Le Son Musical : Fréquence, Période et Longueur d'Onde ! Le Son Musical : Fréquence, Période et Longueur d'Onde ! La musique, c'est de la physique qui fait vibrer nos oreilles ! Un son musical est produit par la vibration d'un objet, comme une corde de guitare, une...

Calcul de l’Intensité dans un Circuit
Calcul de l’Intensité dans un Circuit

Le Courant Électrique : Mesures et Calculs d'Intensité ! Le Courant Électrique : Mesures et Calculs d'Intensité ! L'électricité qui circule, c'est comme une rivière invisible ! L'intensité du courant électrique (\(I\)) nous indique le "débit" des charges électriques...

Choix de Matériaux pour un Drone
Choix de Matériaux pour un Drone

Choix de Matériaux pour un Drone Le Drone Parfait : Choisir les Bons Matériaux Construire un drone : une question de légèreté et de solidité ! Les drones sont des engins volants de plus en plus populaires. Pour qu'un drone vole bien, longtemps, et qu'il soit...

0 commentaires
Soumettre un commentaire

Votre adresse e-mail ne sera pas publiée. Les champs obligatoires sont indiqués avec *