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 jours, on confond souvent le poids et la masse. Pourtant, en physique, ce sont deux grandeurs bien distinctes ! La masse est la quantité de matière d'un objet et ne change pas, où que l'on soit. Le poids, lui, est la force d'attraction gravitationnelle exercée par un astre (comme la Terre ou la Lune) sur cet objet. Il dépend donc de l'endroit où l'on se trouve ! Dans cet exercice, nous allons calculer le poids d'un astronaute sur la Terre et sur la Lune pour bien comprendre cette différence. 🧑🚀🌍🌕
L'Astronaute Sophie en Mission
Schéma : Sophie sur la Terre et sur la Lune
La masse de Sophie reste la même, mais son poids change.
Questions à traiter
- Définis la masse (\(m\)) d'un objet. Quelle est son unité dans le Système International ? Avec quel instrument la mesure-t-on ?
- Définis le poids (\(P\)) d'un objet. Quelle est son unité dans le Système International ? Avec quel instrument le mesure-t-on ? Rappelle la formule qui lie le poids, la masse et l'intensité de la pesanteur.
- Calculs concernant Sophie :
- Quelle est la masse de Sophie sur la Lune ? Justifie ta réponse.
- Calcule le poids de Sophie sur la Terre (\(P_{\text{Terre}}\)).
- Calcule le poids de Sophie sur la Lune (\(P_{\text{Lune}}\)).
- Comparaison et analyse :
- Compare le poids de Sophie sur la Terre et sur la Lune. Sur quel astre son poids est-il le plus grand ?
- Combien de fois le poids de Sophie est-il plus faible sur la Lune que sur la Terre, environ ? (Calcule le rapport \(P_{\text{Terre}} / P_{\text{Lune}}\) et arrondis à l'unité).
- Explique avec tes mots pourquoi le poids de Sophie change entre la Terre et la Lune, alors que sa masse reste la même.
- Si un objet a un poids de \(490 \text{ N}\) sur la Terre (où \(g_{\text{Terre}} \approx 9,8 \text{ N/kg}\)) :
- Quelle est la masse de cet objet ?
- Quel serait le poids de cet objet sur Mars, où l'intensité de la pesanteur est \(g_{\text{Mars}} \approx 3,7 \text{ N/kg}\) ?
Correction : Quelle Différence sur la Balance et dans l'Espace ?
Question 1 : Masse d'un objet
Réponse :
La masse (\(m\)) d'un objet est une grandeur qui représente la quantité de matière contenue dans cet objet. C'est une caractéristique propre à l'objet et elle ne dépend pas du lieu où il se trouve.
Son unité dans le Système International est le kilogramme (kg).
On la mesure avec une balance (par comparaison avec des masses marquées).
Question 2 : Poids d'un objet
Réponse :
Le poids (\(P\)) d'un objet est la force d'attraction gravitationnelle exercée par un astre (comme la Terre, la Lune, etc.) sur cet objet. C'est une force, donc elle a une direction (verticale), un sens (vers le centre de l'astre) et une valeur.
Son unité dans le Système International est le Newton (N).
On le mesure avec un dynamomètre.
La formule qui lie le poids (\(P\)), la masse (\(m\)) et l'intensité de la pesanteur (\(g\)) est :
Question 3 : Calculs concernant Sophie
Réponse a) Masse de Sophie sur la Lune :
La masse d'un objet est la quantité de matière qui le compose et ne dépend pas du lieu où il se trouve.
La masse de Sophie sur la Lune est donc la même que sur la Terre : \(m = 120 \text{ kg}\).
Réponse b) Poids de Sophie sur la Terre (\(P_{\text{Terre}}\)) :
\(m = 120 \text{ kg}\), \(g_{\text{Terre}} = 9,8 \text{ N/kg}\).
Le poids de Sophie sur la Terre est de \(1176 \text{ N}\).
Réponse c) Poids de Sophie sur la Lune (\(P_{\text{Lune}}\)) :
\(m = 120 \text{ kg}\), \(g_{\text{Lune}} = 1,6 \text{ N/kg}\).
Le poids de Sophie sur la Lune est de \(192 \text{ N}\).
Question 4 : Comparaison et analyse
Réponse a) Comparaison des poids :
\(P_{\text{Terre}} = 1176 \text{ N}\) et \(P_{\text{Lune}} = 192 \text{ N}\).
Comme \(1176 \text{ N} > 192 \text{ N}\), le poids de Sophie est plus grand sur la Terre que sur la Lune.
Réponse b) Rapport des poids :
Arrondi à l'unité, le poids de Sophie est environ \(6\) fois plus faible sur la Lune que sur la Terre.
Réponse c) Explication de la différence de poids :
Le poids d'un objet est la force d'attraction gravitationnelle exercée par un astre sur cet objet. Cette force dépend de la masse de l'astre et de la distance au centre de l'astre. La Terre est beaucoup plus massive que la Lune, donc son attraction gravitationnelle (et donc l'intensité de la pesanteur \(g\)) est plus forte. Comme la masse de Sophie ne change pas, son poids (\(P = m \times g\)) est plus important sur l'astre où \(g\) est le plus grand, c'est-à-dire la Terre.
Quiz Intermédiaire 1 : Laquelle de ces affirmations est correcte ?
Question 5 : Objet de poids \(490 \text{ N}\) sur Terre
Réponse a) Masse de l'objet :
\(P_{\text{Terre}} = 490 \text{ N}\), \(g_{\text{Terre}} = 9,8 \text{ N/kg}\).
On utilise \(m = P/g\).
La masse de cet objet est de \(50 \text{ kg}\).
Réponse b) Poids de l'objet sur Mars :
La masse de l'objet reste \(m = 50 \text{ kg}\) sur Mars.
Intensité de la pesanteur sur Mars \(g_{\text{Mars}} = 3,7 \text{ N/kg}\).
Le poids de cet objet sur Mars serait de \(185 \text{ N}\).
Quiz Intermédiaire 2 : L'intensité de la pesanteur \(g\) est :
Quiz Rapide : Testez vos connaissances (Récapitulatif)
1. La masse d'un objet se mesure avec :
2. Si un objet a une masse de \(10 \text{ kg}\) sur Terre (\(g \approx 10 \text{ N/kg}\)), son poids est de :
3. Le poids d'un objet est plus faible sur la Lune que sur la Terre car :
Glossaire Poids et Masse
- Masse (\(m\))
- Quantité de matière contenue dans un objet. Elle est invariable quel que soit le lieu. Unité SI : kilogramme (\(\text{kg}\)). Se mesure avec une balance.
- Poids (\(P\))
- Force d'attraction gravitationnelle exercée par un astre sur un objet. C'est une force, elle a donc une direction, un sens et une valeur. Unité SI : Newton (\(\text{N}\)). Se mesure avec un dynamomètre. \(P = m \times g\).
- Intensité de la pesanteur (\(g\))
- Caractéristique d'un astre qui indique la force de pesanteur qu'il exerce sur une unité de masse (\(1 \text{ kg}\)). Elle dépend de la masse et du rayon de l'astre. Unité : Newton par kilogramme (\(\text{N/kg}\)).
- Kilogramme (\(\text{kg}\))
- Unité de mesure de la masse dans le Système International.
- Newton (\(\text{N}\))
- Unité de mesure de la force (et donc du poids) dans le Système International.
- Balance
- Instrument utilisé pour mesurer la masse d'un objet, par comparaison avec des masses étalons.
- Dynamomètre
- Instrument utilisé pour mesurer la valeur d'une force, comme le poids. Il est basé sur l'allongement d'un ressort calibré.
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