3 P 6 Le Poids

3e Objectifs :

LE POIDS • Attraction terrestre • Usage d’un dynamomètre • Isaac Newton

P5 • Poids d’un corps • Utilisation de la relation entre poids et massse

1.L’attraction terrestre ( activité I) Toute planète du fait de sa masse, exerce une attraction sur tout objet proche. L’importance de cette propriété d’attraction est appelée intensité de pesanteur g. Elle dépend de la masse de la planète et de la distance qui sépare l’objet de la planète. L’intensité de la pesanteur g au voisinage de la Terre est de l’ordre de 10 N/kg ou 10 N. kg-1 Cette intensité est six fois moins importante sur la Lune.

2.Le poids ( activité II) Le poids d’nu corps est la manifestation de la gravitation au niveau de la Terre. Cette action s’exerce selon la verticale du lieu, vers les bas. Le poids d‘un corps placé au voisinage de la Terre est l’action qu’exerce la Terre sur lui. Le poids d’un objet se mesure à l’aide d’un dynamomètre au bout duquel on accroche l’objet.

Pour marquer sa reconnaissance au physicien anglais Isaac Newton, à qui l’on doit la découverte de la gravitation, la communauté scientifique a attribué son nom à l’unité de poids, et plus généralement à celle de la force. L’unité du poids est le newton (N)

3.Relation entre le poids et la masse ( activité III) Il ne faut pas confondre le poids d’un objet et sa masse . Le poids désigne l’action de l’attraction de la Terre sur cet objet. Sa valeur dépend du lieu où se trouve l’objet, alors que la masse reste identique quelque soit l’endroit où il se trouve dans l’Univers. P.PECORELLA

Page 1/11

17/06/200909

Le poids P et la masse m d’un objet sont deux grandeurs de nature différente qui ne se mesurent pas vec les mêmes appareils.

En un lieu donné, le poids P et la masse m sont deux grandeurs proportionnelles La constante de proportionnalité est l’intensité de pesanteur g ( qui est de l’ordre de 10 N/kg au voisinage de la Terre). La relation de proportionnalité se traduit par : p =  × 

 P st le poids en newton (N)  m la masse en kilogramme ( kg)  g est l’intensité de la pesanteur en newton par kilogramme ( N / kg)

Exercice du livre :  Connaissance : 4 ; 5 ; 6 ; 7 ; 8 pages 168  Capacités 17 pages 169  Pour aller plus loin : 21 pages 169 – 25 ; 26 ; 27 ; 29 ; 30 page 171 (B2I)

P.PECORELLA

Page 2/11

17/06/200909

3e

Situation 1

LE POIDS I

P5 Évaluation diagnostique

Pour amorcer une réflexion

Les combinaisons des astronautes qui sont allés sur la Lune étaient très lourdes Comment expliquer que l’on puisse faire facilement des bonds sur la Lune ?

Situation 2 pour traquer les idées fausses L’hippopotame ci-contre suit un raisonnement bien à lui.

Quelle confusion fait-il dans son raisonnement ?

Situation 3 Pour amorcer une réflexion Quand on achète de la viande, le prix est fonction de la masse de la viande. Y a-t-il proportionnalité entre le prix et la masse ? Que représente la pente de la droite ?

P.PECORELLA

Page 3/11

17/06/200909

3e Analyser

LE POIDS II

P 5 Activité I doc

Lire les documents de l’objectif B « Etudier les variations du poids » page 165

Pistes de réflexion 1. De quoi dépend l’attraction de la planète ? Elle dépend de la masse de la planète et de la position. 2. Comment évolue l’intensité de la pesanteur a. Quand la masse de la planète augmente ? Elle augmente . b. Quand la distance avec le centre de la planète augmente ? Elle diminue. 3. S’aider de la citation de Newton pour expliquer pourquoi g est plus petit en haut du mont Blanc. « Deux corps massiques quelconques s’attirent avec une force directement proportionnelle au produit de leur masse et inversement proportionnelle au carré de leur distance » Newton. L’intensité de la pesanteur dépend de l’inverse la distance au carré donc plus on est haut ( loin du centre de la Terre) plus l’intensité diminue. 4. Sachant que la Terre est plus plate aux pôles, expliquer pourquoi g est plus petit à Kourou qu’au pôle Nord. Car Kourou se trouve à l’équateur qui est plus loin du centre de la Terre que les pôles. 5. Les fusées Ariane décollent de Kourou en Guyane française. Donner une raison de ce choix géographique. A Kourou ( proche de l’équateur), la fusée est moins « attirée » par la Terre. Il est plus facile de l’arracher de l’attraction. 6. Expliquer pourquoi g est plus petit sur la Lune que sur la Terre. La masse de la Lune est plus faible que celle de la Terre. Comme l’intensité de la pesanteur dépend de la masse de la planète, alors elle est plus faible sur la Lune que sur la Terre.

Conclusion 7. Comparer les poids de Dupond et Dupont sur la Lune et sur la Terre. Peux-tu expliquer leurs bonds ? Les poids de Dupond et Dupont sont plus faibles sur la Lune ( l’intensité est plus faible) que sur la Terre. Ils sont donc moins attirés sur la Lune. Ils peuvent donc faire des sauts plus haut.

3e Analyser

LE POIDS II

P 5 Activité I doc

Lire les documents de l’objectif B « Etudier les variations du poids » page 165

Pistes de réflexion 1. De quoi dépend l’attraction de la planète ? Comment évolue l’intensité de la pesanteur a. Quand la masse de la planète augmente ? b. Quand la distance avec le centre de la planète augmente S’aider de la citation de Newton pour expliquer pourquoi g est plus petit en haut du mont Blanc. « Deux corps massiques quelconques s’attirent avec une force directement proportionnelle au produit de leur masse et inversement proportionnelle au carré de leur distance » Newton. 8. Sachant que la Terre est plus plate aux pôles, expliquer pourquoi g est plus petit à Kourou qu’au pôle Nord. 9. Les fusées Ariane décollent de Kourou en Guyane française. Donner une raison de ce choix géographique. 10. Expliquer pourquoi g est plus petit sur la Lune que sur la Terre. P.PECORELLA

Page 4/11

17/06/200909

Conclusion Comparer les poids de Dupond et Dupont sur la Lune et sur la Terre. Peux-tu expliquer leurs bonds ?

P.PECORELLA

Page 5/11

17/06/200909

3e

LE POIDS III

P5 Activité doc II

« Il fallait être Newton pour remarquer que la lune tombe quand tout le monde voit qu'elle ne tombe pas. » Paul Valéry

Observations Selon la célèbre histoire, Isaac Newton (1642-1727) vit tomber une pomme d'un arbre. Cela lui inspira l'idée qu'une force attirait la pomme vers le sol. Or, cette force exercée par la Terre semblait agir quelle que soit la hauteur à laquelle se trouvait le fruit. Ainsi, cette force devait exister pour tous les objets situés à des altitudes supé- 1 rieures et peut-être même s'exercer sur la Lune en la retenant captive de la Terre. Et 1 puisque cette force était la raison pour laquelle la Lune tournait autour de la Terre, il ..• devait en être de même pour la Terre autour du Soleil: la loi de gravitation était née. .

Un objet lancé retombe sous l'action de son poids un peu plus loin.

S'il est lancé plus fort, il retombe plus loin.

S'il est lancé encore plus fort, il ne retombe plus.

Réflexion 1. Qu’est-ce qui attire la pomme vers le sol ? La Terre attire la Pomme vers le sol. 2. Comment nomme-t-on la force qui fait tomber les corps sur Terre ? C’est le poids. 3. Quelle différence existe-t-il entre cette force et la force qui maintient la Lune en orbite autour de la Terre. ? Il n’y en a pas. C’est la même force « l’attraction». 4. Les objets légers, comme les bulles de savon, sont-ils attirés par la Terre ? Oui car ils possèdent une masse.

Conclusion 5. Qu’appelle-t-on le poids ? C’est l’action de la Terre au voisinage du sol. 6. La lune tombe-t-elle sur la Terre ? Pourquoi ne s’écrase-t-elle pas ? Oui à chaque instant mais elle possède une vitesse qui l’empêche de retomber. P.PECORELLA

Page 6/11

17/06/200909

3e

LE POIDS : UNE FORCE D’ATTRACTION

P5 activité III

Pour commencer Un lanceur comme Ariane 5 (Fig : 1) doit pouvoir emporter avec lui la fois les satellites à mettre sur orbite et le carburant nécessaire à décollage; sa masse au décollage est environ de 750 tonnes!

Pour faire décoller une fusée (Fig :2) il faut vaincre la force d'attraction de la Terre qui s'exerce sur la fusée.

Fig 1 : Le corps principal du lancement Ariane Fig 2 : La poussée au décollage du lanceur 5 est flanqué de deux boosters latéraux Ariane 5 est environ de 1,35 x 107 N. contenant chacun 240 tonnes de poudre.

Quelques idées Quelle est la valeur de la force d’attraction de la Terre qui s’exerce sur la fusée ? Cette force est-elle modifiable ? Je note ci-dessous les réponses que j’imagine Je réponds par une phrase construite – Un dessin pourra illustrer la réponse

P.PECORELLA

Page 7/11

17/06/200909

Expériences Je dispose de masses marquées différentes, d’un dynamomètre et d’une balance. 1. Dessin Dessiner l’expérience à réaliser pour déterminer la valeur de la force d’attraction P ( poids) qui s’exerce sur un objet.

Dessiner l’expérience à réaliser pour déterminer la valeur de la masse m d’un objet.

Il faut un dynamomètre, des objets, un support.

Il faut une balance et des objets

balance

100 mg

2. Je mesure le poids P et la masse m de différents objets et le complète le tableau. J’exprime la masse en kilogramme (kg) m (g)

P.PECORELLA

100

200

Page 8/11

300

400

17/06/200909

m (kg) P ( N)

0,100

0 ,200

0,300

0 ,400

1,0

2,0

3,0

4,0

3. Je trace dans un graphique l’évolution du poids en fonction de la masse.

P.PECORELLA

Page 9/11

17/06/200909

Le poids en fonction de la masse

4.

Les deux grandeurs P et m sont-elle proportionnelles ? Oui elles sont proportionnelles car on a une fonction linéaire affine ( droite qui passe par origine)

5. Si oui déterminer le coefficient de proportionnalité

P.PECORELLA

Page 10/11

17/06/200909

10

P( N ) m(kg)

10

10

10

Conclusion 6.

Sachant que l’intensité de pesanteur g sur la Terre est environ de 10 N / kg, quelle relation relie P, m et g ?

  P=   7. Quelle est donc la valeur de la force d’attraction de la Terre qui ‘exerce sur une fusée de 15 tonnes ? Il faut donner d’abord l’expression littérale, l’application numérique et une phrase de conclusion. P =    = ×  =  ×  =   . Le poids de la fusée vaut 150 kN 8. Sur quels paramètres peut-on agir pour diminuer cette force d'attraction ? La masse de la fusée ou la valeur de g ( On peut faire varier g en changeant de position sur la Terre). P= ×

9.

P=

Pourquoi faut-il différencier poids et masse ? Oui car la masse (en kg) est une quantité de matière qui se mesure avec une balance et le poids(en N) est une force qui agit sur cette quantité de matière et qui se mesure avec un dynamomètre.

Pour aller plus loin Une agricultrice du XXIIe siècle part sur la Lune pour vendre ses pommes de terre produites en culture biologique. Elle dispose de deux balances différentes : une balance munie d’un plateau, à affichage numérique direct des prix, et une balance romaine avec masses marquées. 10. Quelle balance doit-on conseiller à l’agricultrice ? Elle doit prendre la balance romaine avec des masses marquées car la masse est invariable.

P.PECORELLA

Page 11/11

17/06/200909