4ᵉ · Physique-Chimie · Mouvement & interactions (mécanique)
La masse mesure la quantité de matière d'un objet. Elle se note m, se mesure en kilogrammes (kg) avec une balance, et elle est invariable : elle est la même partout dans l'Univers.
Le poids est une force : c'est l'attraction exercée par un astre (la Terre, la Lune…) sur l'objet. Il se note P, se mesure en newtons (N) et il est toujours vertical, dirigé vers le bas. Contrairement à la masse, le poids dépend du lieu.
P est le poids (en N), m la masse (en kg) et g l'intensité de la pesanteur (en N/kg). Sur Terre, g ≈ 10 N/kg (valeur plus précise : 9,8 N/kg). Un objet d'1 kg a donc un poids d'environ 10 N sur Terre.
La valeur de g change d'un astre à l'autre : g ≈ 10 N/kg sur la Terre, mais g ≈ 1,6 N/kg sur la Lune. Un objet garde la même masse sur la Lune, mais son poids y est environ 6 fois plus faible. C'est pourquoi les astronautes semblent si légers sur la Lune.
La gravitation est l'attraction qui s'exerce entre tous les objets qui ont une masse. Plus un astre est massif, plus il attire fortement : c'est la gravitation qui donne son poids à un objet, qui maintient la Lune autour de la Terre et les planètes autour du Soleil.
On mesure un poids (une force) avec un dynamomètre : un ressort s'allonge d'autant plus que la force est grande, et une graduation indique la valeur en newtons. La masse, elle, se mesure avec une balance, en kilogrammes.
Avant la théorie, voyons à quoi sert ce chapitre. Quand tu montes sur une balance le matin, tu lis un nombre : mais est-ce ta masse ou ton poids ? Cette question a des conséquences bien réelles.
Dans l'espace, les astronautes flottent dans la Station spatiale, alors qu'ils ont exactement la même masse que sur Terre : c'est leur poids qui a presque disparu. Sur la Lune, ils font des bonds énormes, car ils y pèsent environ six fois moins lourd. Même dans un ascenseur, quand il démarre vers le haut, tu te sens un instant plus lourd, comme collé au sol.
Comprendre la différence entre le poids et la masse, c'est comprendre pourquoi les objets tombent, pourquoi la Lune tourne autour de la Terre, et pourquoi un même objet peut sembler léger ici et lourd ailleurs. Tout part d'une seule idée : la Terre nous attire, et cette attraction, c'est le poids.
Commençons par la masse. La masse d'un objet mesure la quantité de matière qu'il contient. On la note avec un petit m, et elle s'exprime en kilogrammes, dont le symbole est kg.
On la mesure avec une balance. Le point le plus important à retenir est que la masse est invariable : elle est exactement la même partout. Un sac d'un kilogramme sur Terre reste un sac d'un kilogramme sur la Lune, dans l'espace, ou au sommet d'une montagne.
Rien de ce que tu fais en le déplaçant ne change sa masse, tant que tu n'enlèves ni n'ajoutes de matière. Attention à une confusion très fréquente dans la vie courante : quand on dit qu'un objet pèse deux kilos, on parle en réalité de sa masse. Le vrai poids, en physique, est autre chose, et il se mesure dans une autre unité, comme nous allons le voir.
Passons maintenant au poids. Le poids n'est pas une quantité de matière : c'est une force. C'est la force avec laquelle la Terre attire un objet vers son centre.
On le note avec un grand P, et il s'exprime en newtons, dont le symbole est la lettre N. Comme toute force, le poids a une direction et un sens : il est toujours vertical, dirigé vers le bas. C'est pour cela que les objets tombent quand on les lâche.
Contrairement à la masse, le poids dépend du lieu où l'on se trouve, car il dépend de l'astre qui attire. Sur la Lune, qui est plus petite que la Terre, l'attraction est plus faible, donc le poids est plus faible. Retiens bien la différence de vocabulaire et d'unité : la masse est en kilogrammes, le poids est en newtons.
Ce sont deux grandeurs bien distinctes.
Voyons maintenant comment relier le poids et la masse. Il existe une formule très simple : P égale m fois g. Ici, P est le poids en newtons, m est la masse en kilogrammes, et g est l'intensité de la pesanteur, exprimée en newtons par kilogramme.
Sur Terre, g vaut environ dix newtons par kilogramme. On écrit g égale dix N par kg. Une valeur un peu plus précise est neuf virgule huit, mais en quatrième on garde dix pour simplifier les calculs.
Prenons un exemple : un objet de trois kilogrammes a un poids de trois fois dix, soit trente newtons. Fais bien attention aux unités : la masse rentre en kilogrammes, et le résultat, le poids, sort en newtons. On peut aussi utiliser la formule à l'envers : si on connaît le poids, on retrouve la masse en divisant par g.
Ainsi, un poids de cinquante newtons correspond à une masse de cinquante divisé par dix, soit cinq kilogrammes.
Regardons ce qui se passe quand on change d'astre. L'intensité de la pesanteur g n'a pas la même valeur partout. Sur Terre, g vaut environ dix newtons par kilogramme.
Sur la Lune, g vaut seulement un virgule six newtons par kilogramme, soit à peu près six fois moins. Prenons un objet de dix kilogrammes. Sa masse est de dix kilogrammes, et cela ne changera jamais, ni sur Terre, ni sur la Lune.
En revanche, son poids change. Sur Terre, son poids est de dix fois dix, soit cent newtons. Sur la Lune, son poids n'est plus que de dix fois un virgule six, soit seize newtons.
C'est pour cette raison que les astronautes peuvent faire de grands bonds sur la Lune : ils y pèsent beaucoup moins lourd, alors que leur masse, elle, est restée identique. Retiens la règle : la masse est invariable, le poids dépend de l'astre.
Terminons par deux points importants. D'abord, d'où vient le poids ? Il vient de la gravitation.
La gravitation est l'attraction qui s'exerce entre tous les objets qui possèdent une masse. Plus un astre est massif, plus il attire fortement les objets autour de lui. C'est la gravitation de la Terre qui nous donne notre poids et qui nous maintient au sol.
C'est elle aussi qui garde la Lune en orbite autour de la Terre, et les planètes autour du Soleil. Ensuite, comment mesurer un poids ? On utilise un appareil appelé dynamomètre.
À l'intérieur, un ressort s'allonge d'autant plus que la force est grande. Une graduation indique alors la valeur du poids en newtons. Ne confonds pas les deux appareils : la balance mesure la masse en kilogrammes, tandis que le dynamomètre mesure le poids, une force, en newtons.
12 des 30 questions de ce chapitre. Les réponses, et les explications de chacune, sont dans l'application.