Mécanique 2. Cours. Le poids. Troisièmes. Intro. Qu est-ce que le poids? Mesurer un poids et donner sa signification

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1 Mécanique 2 Le poids Qu est-ce que le poids? Mesurer un poids et donner sa signification Mécanique 2 Objectifs Interpréter la variation de pesanteur selon le lieu Utiliser la proportionnalité entre poids et masse Départ Quelle est la masse et quel est le poids du kilogramme-étalon? Quelle action entraîne cet homme en vol libre vers le sol? Intro Pourquoi ces astronautes se déplacent-ils facilement avec leur lourds scaphandre? La Terre exerce une action attractive sur tous les objets à son voisinage: comment caractériser cette action et de quoi dépend-elle? Cours Troisièmes

2 Mécanique 2 Le poids Qu est-ce que la poids? Mesurer un poids et donner sa signification Objectifs Interpréter la variation de pesanteur selon le lieu Utiliser la proportionnalité entre poids et masse SEMAINE PROGRESSION PAGE SEMAINE 4 I Poids et masse 1 Différence entre la masse et le poids 1 ACTIVITE A Le Poids et la masse sont-ils de même nature? EXERCICE APPLICATION 1 Sportifs 2 Le poids est une grandeur physique 3 DOCUMENT B Comment l attraction terrestre s exerce-t-elle? EXERCICE APPLICATION 2 Question de poids SEMAINE 5 II L attraction terrestre 5 DOCUMENT C De quoi dépend l attraction terrestre? EXERCICE APPLICATION 3 De quoi dépend g? III Relation entre le poids et la masse 7 ACTIVITE D Le poids dépend-il de la masse? EXERCICE APPLICATION 4 Module lunaire EXERCICE ENTRAINEMENT 5 Que cherche-t-on? EXERCICE ENTRAINEMENT 6 Isoler une inconnue EXERCICE ENTRAINEMENT 7 Utiliser la relation entre le poids et la masse DEVOIR MAISON M2 Ex 5 (A vous de Jouer) page 36 SEMAINE 6 AUTO-EVALUATION M2 Correction INTERROGATION M2 Correction

3 Mécanique 2 Le poids Cours Troisièmes

4 I Partie 1 Document Poids et masse 1 Différence entre le poids et la masse Document A Le poids et la masse sont-ils de même nature? Rechercher, Extraire et organiser l information utile image Ces masses marquées différentes sont toutes constituées d un même métal et des mêmes atomes mais en nombres différents. La Terre exerce sur tout objet une action attractive à distance appelée poids. 500 g 500 g 200 g 200 g 100 g 100 g 50 g 50 g Questions 1 - Laquelle de ces masses marquées contient le plus d atomes de métal? 2 - Quelle est la grandeur physique en relation avec le nombre d atomes présents dans un objet? Quelle est son unité? 3 - La masse d un objet change-t-elle si on déplace un objet? Pourquoi? 4 - Pourquoi le fil qui supporte l objet est-il tendu? 5 - Comment s appelle l action à distance qui s exerce sur l objet suspendu ou les masses posées? Cette action varie-t-elle si l objet est déplacé. Conclusion Qu est-ce que la masse d un corps? Qu est-ce que le poids d un corps? Ces grandeurs varientelles selon le lieu? 1 - C est la masse de 500 g qui possède le plus d atomes. Réponses 2 - La grandeur associée au nombre d atomes est la masse dont l unité est le gramme. 3 - La masse ne change pas selon le lieu car le nombre d atomes ne varie pas. 4 - Le fil est tendu car l objet est soumis à l action attractive de la Terre. 5 - L action attractive et à distance qui s exerce sur l objet suspendu ou les masses posées est le poids. Cette grandeur varie selon le lieu. Conclusion Qu est-ce que la masse d un corps? Qu est-ce que le poids d un corps? Ces grandeurs varient -elles selon le lieu? La masse d un objet est liée la quantité de matière (nombre d atomes ou de molécules) contenue dans cet objet. On la note m et elle s exprime en kilogramme (kg) dans le système international. En chimie, on utilise plutôt le gramme (g). La masse reste constante quelque soit le lieu. Le poids d un objet est la force attractive qu exerce la Terre sur un objet: c est une manifestation de la gravitation, elle dépend du lieu où se trouve l objet. 1

5 1 Sportifs... Application En quoi le mot «poids» est-il mal utilisé? LE LANCER DU POIDS EST UN SPORT VACHEMENT DIFFICILE TU SAIS. POUR LA DERNIÈRE FOIS, J AI 75 KG: JE SUIS DANS LA CA- TÉGORIE DES POIDS MOYENS P O U R Q U O I LANCER DE «POIDS»? MAIS POIDS C EST PAS LE BON MOT.. 2

6 Activité 2 Le Poids est une grandeur physique Activité B Comment l attraction terrestre s exerce-t-elle? Réaliser, manipuler. Raisonner, argumenter. image Schéma À l aide de deux masses différentes, tu vas mesurer les deux valeurs de poids: Que constates-tu? Poids lu: Poids lu: m = m = Fil tendu par une masse et bille lâchée sans vitesse initiale Questions Pour mesurer la valeur du poids d un objet, on utilise un dynamomètre, constitué d un ressort qui s allonge lorsque l on y suspend un objet. L unité du poids est le newton de symbole N 1 - Quelle est la direction du fil qui supporte l objet? Selon quelle direction la bille chute-t-elle? Dans quel sens? A quelle action sont-ils soumis? 2 - Avec quel appareil mesure-t-on la valeur du poids d un corps? Quelle est l unité du poids? 3 - Réalise l expérience donnant la mesure du poids de deux masses afin de compléter le schéma ci-dessus. 4 - Reproduis les schémas tout en représentant le poids des deux masses accompagné d une légende. (Comment vas-tu pouvoir représenter le poids c est-à-dire l action qu exerce la Terre sur les masses?) Conclusion Quelles sont les caractéristiques du poids d un corps et à l aide de quoi peut-on le mesurer? Réponses 1 - Le fil et la chute de la bille ont une direction verticale. Leur sens est vers le bas. Les deux objets sont soumis à leur poids. 2 - On mesure le poids d un corps à l aide d un dynamomètre. L unité du poids est le newton de symbole N. 3 - cf: ci-contre 1 N 4 - On représentera le poids par des flèches qui débuteront au centre de l objet, de direction verticale et ayant pour sens vers le bas P=1 N P=2 N Quelles sont les caractéristiques du poids? Conclusion Le Poids d un objet est une force attractive s appliquant au centre de l objet et ayant pour direction la verticale du lieu et pour sens vers le bas. On le note P. On le mesure à l aide d un dynamomètre et il s exprime en newton (N). 3

7 2 Question de poids Application 1 - Qu est-ce que le poids d un objet? 2 - Un objet a-t-il un poids sur la Lune? 3 - Comment mesure-t-on le poids d un objet: Proposition,, ou? 4

8 II L attraction Partie 2 terrestre Document Document C De quoi dépend l attraction terrestre? Rechercher, Extraire et organiser l information utile image Au sommet de l Everest (8848 km), l air se raréfie: l attraction de la Terre n est plus que de 9,760 N/kg au lieu de 9,811 N/kg au niveau de la mer Mercure Terre Lune Mars Jupiter Astre Masse (kg) Questions Intensité g de la pesanteur à la surface de la planète (N/kg) Présence d atmosphère 2,9 9,8 1,6 3,7 23,1 Non Oui Non Oui Oui 1 - De quoi dépend l attraction de la planète (intensité de pesanteur g)? 2 - Comment évolue l intensité de pesanteur: - quand la masse de la planète augmente; - quand ma distance avec le centre de la planète augmente? Pôle Nord: 9,830 N/kg Paris: 9,811 N/kg Kourou: 9,780 N/kg 3 - Comment expliquer l absence d atmosphère sur certaines planètes? 4 - Les fusées Ariane décollent de Kourou: Pourquoi ce choix? En quoi cela confirme que la terre n est pas tout à fait ronde? Conclusion Conclus sur l intensité de pesanteur. Réponses 1 - L attraction d une planète ou intensité de pesanteur g dépend de la masse de cette planète et de la distance avec son centre. 2 - L intensité de pesanteur g augmente quand la masse de la planète augmente et elle diminue quand la distance avec le centre de la planète augmente. 3 - Lorsque l intensité de pesanteur est trop faible pour retenir les gaz de la planète, il n y a pas d atmosphère qui se crée. 4 - L intensité de pesanteur est plus faible à Kourou qu ailleurs (9,780 N/kg conte 9,8 N/kg ailleurs): La fusée aura donc plus de facilité à décoller. Cette différence d intensité de pesanteur confirme que la Terre n est pas ronde mais légèrement aplatie au pôle ou l attraction y est plus forte. De quoi dépend l intensité de pesanteur? Conclusion On appelle intensité de pesanteur, l importance de la capacité d attraction d un astre sur un objet. Elle augmente avec la masse de la planète et diminue avec la distance qui sépare l objet de la planète. Elle se note g et s exprime en Newton par kilogramme (N/kg). L intensité de pesanteur g au voisinage de la terre est de l ordre de 9,8 N/kg. 5

9 3 De quoi dépend g? Application Voici différentes valeurs de l intensité de pesanteur g: Moscou: g = 9,815 N/kg; Madrid: g = 9,801 N/kg; Au sommet du Mont Blanc: g = 9,792 N/kg; Sur la Lune: g = 1,6N/kg; 1 - Compare l intensité de pesanteur entre Moscou et Madrid: Pourquoi cette différence? 2 - Compare l intensité de pesanteur entre le sommet du Mont Blanc et Madrid: Pourquoi cette différence? 3 - Compare l intensité de pesanteur entre la surface de la Lune et Madrid: Pourquoi cette différence? 6

10 Partie 3 III Relation entre le poids et la masse Activité Activité D Comment modéliser la gravitation? Réaliser, manipuler. Raisonner, argumenter. Présenter la démarche suivie image Matériel B2I Démarche Investigation TU ES SÛRE D AVOIR MIS SUFFISAMMENT DE CARBU- RANT POUR FAIRE DÉCOLLER CETTE FUSÉE? ELLE A QUAND MÊME UNE MASSE DE 750 TONNES MOI, JE TROUVE QU IL Y AVAIT ASSEZ DE CARBURANT... BEN J AI MIS DU CARBURANT POUR UN POIDS DE N PEUT-ÊTRE QUE SI ON AVAIT LE POIDS DE LA FUSÉE MAIS COM- MENT FAIRE? Balance de précision Dynamomètre Masses différentes 1 - Investigation: Définis le problème posé. 2 - Hypothèses: Emet une hypothèse afin de répondre au problème posé. 3 - Validations: Propose, schématise et réalise l expérience permettant de vérifier ton hypothèse Conclus. Questions Démarche Investigation 1 - Investigation: Quelle est la valeur de la force d attraction sur la fusée? Quelle relation relie le poids et la masse? 2 - Hypothèses: - Cette force doit dépendre de l attraction de la Terre - La masse a aussi une conséquence sur le force d attraction 3 - Validation: La force d attraction terrestre qui s exerce sur tout objet, c est-à-dire son poids se mesure à l aide d un dynamomètre. On ne peut mesurer le poids d une fusée à l aide d un dynamomètre mais on peut retrouver un lien entre le poids et la masse d un objet. Guide A l aide du matériel disponible propose une expérience pour trouver un lien possible entre la force d attraction P (poids) qui s exerce sur un objet et la masse de cet objet. Réunir dans un tableau les résultats expérimentaux Tracer dans un graphique l évolution de P (en N) en fonction de la masse m (en kg): Les deux grandeurs P et m sont-elles proportionnelles? Si oui détermine leur coefficient de proportionnalité. Sachant que l intensité de pesanteur g sur terre est d environ 10 N, quelle relation relie P et g: P = m g ; P = m/g ; P = g/m Quel est donc la valeur de la force d attraction de la Terre qui s exerce sur une fusée de 750 tonnes? 7

11 Réponses 1 -Le Montage est le suivant: on mesure différentes valeur de poids pour différentes valeur de masse. 2 -Tableau de valeurs: 3 - Représentation de l attraction terrestre P (N) en fonction de la masse m (kg): Le graphique obtenu est une droite: il y a donc proportionnalité entre le poids en newton (N) et le poids en kilogramme (kg) Calcul du coefficient de proportionnalité: Masse (kg) 0 0,1 0,2 0,3 Poids (N) Poids P (N) Masse 4 - Lorsqu un objet De la relation précédente, on peut en déduire la relation suivante: Soit: P = m g 5 - Calcul du poids de la fusée P = m g Avec: m = 750 t = kg et g = 10 N/kg P = P = N Il y a donc suffisamment de carburant pour contrer l attraction de la Terre masse m (kg) Quelle relation existe-t-il entre le poids et la masse? Conclusion En un lieu donné, le poids P et la masse m d un objet sont proportionnels. Cette relation de proportionnalité se traduit par: P = m g Avec: P, poids en Newton (N) m, masse en kilogramme (kg) g = 10 N/kg, intensité de pesanteur. 8

12 4 Module lunaire Application Le 21 Juillet 1969, à 3h56 (heure française), Armstrong est le premier homme à poser le pied sur la Lune lors de la mission Apollo 11. Le module lunaire a été utilisé pour se poser sur la Lune. image Lors de l alunage, des retro-fusées ont été utilisées pour freiner la descente, ce qui a nécessité la consommation de carburant. On donne: g Terre = 10N/kg; m module = 15 tonnes 1 - Pourquoi le module lunaire ne flotte-t-il pas sur la Lune? 2 - Sur la Lune, l intensité de pesanteur est six fois moins forte que sur la Terre: a Pourquoi cette valeur est-elle plus petite? b Déterminer l intensité de pesanteur sur la Lune. c Comment expliquer qu il n y ait pas d atmosphère sur la Lune? 3 - Sur la Lune: a Quelle est la valeur de la masse du module lunaire? b Quelle est la valeur de la force qui le maintient sur la Lune (ou son «poids» lunaire)? 4 - Quel était le poids du module lunaire sur Terre? 5 - Pourquoi le poids est-il plus faible sur la Lune? 9

13 5 Que cherche-t-on? Entraînement 1 - Dans chacun des énoncés suivants, détermine la(les) grandeur(s) connue(s) utile(s) puis la grandeur à calculer: ENONCE 1 La pomme qui est tombée sur la tête de newton pesait 40 g. Quelle est la valeur de la force du choc qu il a reçu sur la tête? ENONCE 2 Un satellite à un poids de Newton. Combien pèse-t-il? ENONCE 3 M. Patate pèse 500g sur Terre, ce qui correspond à un poids de 0,5 Newton. Quelle serait sa masse sur la Lune sachant que l intensité de pesanteur y est de 1,6 N/kg? ENONCE 4 M. Patate pèse 500g sur Terre, ce qui correspond à un poids de 0,5 Newton. Quelle serait son poids sur la Lune sachant que l intensité de pesanteur y est de 1,6 N/kg? ENONCE 5 La masse de Goku est de 90 kg mais en entrant dans son vaisseau à forte gravitation, son poids est de N. Quelle serait l intensité de pesanteur dans ce vaisseau? 6 Isole l inconnue Entraînement 1 - Dans chacun des énoncés de l exercice précédent, écris la formule puis isole l inconnue. 10

14 7 Utiliser la relation entre le poids et la masse Entraînement 1 - Pour chacun des énoncés de l exercice 5, rédige la réponse et calcule la valeur recherchée. 11

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