Distinguer poids et masse, relation P = m × g
Évaluation complète de fin de chapitre, tout en niveau difficile. Travaille seul et sans aide, puis vérifie tes réponses avec le corrigé détaillé dépliable en bas de page.
| Astre | g (N/kg) | Masse (kg) | Poids P (N) |
|---|---|---|---|
| Terre | 9,8 | … | … |
| Lune | 1,6 | … | … |
| Mars | 3,7 | … | … |
Exercice 1 — Vocabulaire et définitions
1. Définition de la masse :
La masse est la quantité de matière contenue dans un objet. Elle est invariable : elle ne change pas, quel que soit l'endroit où se trouve l'objet (sur Terre, sur la Lune, dans l'espace…).
Unité SI : le kilogramme, de symbole kg.
2. Définition du poids :
Le poids est une force exercée par la gravitation d'un astre (Terre, Lune, Mars…) sur tout objet situé à sa surface ou à proximité. Il est dirigé verticalement vers le bas (vers le centre de l'astre). Il varie selon l'astre.
Unité : le newton, de symbole N.
3. Instruments de mesure :
Exercice 2 — Tableau comparatif poids/masse
1. Tableau complété (robot de masse m = 50 kg) :
| Astre | g (N/kg) | Masse (kg) | Poids P (N) |
|---|---|---|---|
| Terre | 9,8 | 50 | 490 |
| Lune | 1,6 | 50 | 80 |
| Mars | 3,7 | 50 | 185 |
Exercice 3 — Calculs avec P = m × g
1. Poids d'un livre de masse m = 0,4 kg sur Terre (g = 9,8 N/kg) :
On applique la formule : P = m × g
P = 0,4 × 9,8
P = 3,92 N
2. Masse d'un objet dont le poids P = 58,8 N sur Terre :
On part de P = m × g, donc m = P ÷ g
m = 58,8 ÷ 9,8
m = 6 kg
3. Masse d'un engin qui pèse P = 4 960 N sur Jupiter (g = 24,8 N/kg) :
m = P ÷ g
m = 4 960 ÷ 24,8
m = 200 kg
4. Poids de cet engin sur la Lune (g = 1,6 N/kg) :
La masse reste inchangée : m = 200 kg (la masse est invariable).
P = m × g
P = 200 × 1,6
P = 320 N
Exercice 4 — Analyse d'une expérience
Rappel de la situation : un objet de masse m = 2 kg est emporté dans une navette spatiale en orbite autour de la Terre. Le dynamomètre indique 0 N.
a) Pourquoi le dynamomètre indique-t-il 0 N ?
La navette est en orbite, c'est-à-dire en chute libre permanente autour de la Terre. Dans cet état, l'objet et la navette « tombent » ensemble : il n'y a plus de contact entre l'objet et le dynamomètre qui puisse comprimer ou étirer le ressort. L'objet est en apesanteur : son poids apparent est nul, d'où la lecture de 0 N.
b) La masse a-t-elle changé ?
Non, la masse de l'objet n'a pas changé. Elle reste m = 2 kg. La masse est une propriété de la matière (quantité de matière) qui est invariable, quel que soit l'endroit où se trouve l'objet. L'apesanteur ne supprime pas la matière.
c) Valeur affichée par le dynamomètre au retour sur Terre (g = 9,8 N/kg) :
On calcule le poids de l'objet sur Terre :
P = m × g = 2 × 9,8
P = 19,6 N
Le dynamomètre afficherait 19,6 N.
Exercice 5 — Problème ouvert
Situation : un commerçant vend 2 kg de pommes avec une balance à plateaux. Le client prétend que sur la Lune, il n'aurait que 320 g de pommes.
Le client a-t-il raison ?
Non, le client a tort.
Justification :
Une balance à plateaux compare la masse inconnue à des masses étalons (des poids-témoins). Sur les deux plateaux, la gravitation s'exerce avec le même g. Que ce soit sur Terre (g = 9,8 N/kg) ou sur la Lune (g = 1,6 N/kg), les deux côtés de la balance sont affectés de la même façon : la balance est toujours en équilibre pour la même masse. Elle indiquerait donc 2 kg aussi bien sur Terre que sur la Lune.
Ce que le client confond, c'est la masse (quantité de matière, invariable = 2 kg) et le poids (force, qui diminue sur la Lune). Sur la Lune, les 2 kg de pommes auraient un poids plus faible (P = 2 × 1,6 = 3,2 N au lieu de 19,6 N sur Terre), mais leur masse resterait 2 kg.
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