Réponds. Réponds. questions. questions. détermine la relation entre le poids et la masse d un objet

Transcription

1 ( P P B P C bjectifs distinguer le poids et la masse d un objet utiliser la relation de proportionnalité entre le poids et la masse énoncer et utiliser la condition d équilibre d un solide soumis à deux forces

2 ( Je détermine la relation entre le poids et la masse d un objet Réalise et observe Mesure la masse m de différents objets avec une balance. Exprime la valeur en kilogrammes. Mesure la valeur P du poids des mêmes objets avec un dynamomètre. Exprime la valeur en newtons. Note les résultats et complète le tableau : Masse m (kg) Poids P (N) P m (N/kg) Réponds aux questions Le poids et la masse des objets sont-ils des grandeurs proportionnelles? Quelle est la valeur du coefficient de proportionnalité? Exprime P en fonction de m. Reporte sur un graphique les valeurs du poids des objets en N (en ordonnées) et les valeurs des masses en kg (en abscisses). Relie les points par une droite (voir savoir-faire p.55). ( Je détermine la condition d équilibre d un objet soumis à deux forces Réalise et observe Expérience Soumets un plaque de polystyrène (S) de poids négligeable, à l action de deux forces et F par l intermédiaire des deux fils de deux dynamomètres. La plaque reste en équilibre. Compare les directions des fils ainsi que les indications des dynamomètres. Schématisation Recopie le schéma de la plaque et représente les deux forces qui s exercent sur elle par des segments fléchés. Échelle : cm pour N. Réponds aux questions Les fils des dynamomètres ont-ils la même direction? Quelle est la valeur des forces mesurée par chaque dynamomètre? Les deux forces ont-elles même droite d action? Le même sens? La même valeur? Le poids et la masse

3 Le poids d un objet est la force d attraction exercée par la Terre sur cet objet. Le poids d un objet se mesure avec un dynamomètre ; sa masse se mesure avec une balance. ctivité La balance mesure la masse d un objet. Le dynamomètre mesure la valeur de son poids. n dit qu un objet est en équilibre quand il n effectue aucun mouvement. ctivité N 0 B N Le montage expérimental. Schéma à recopier et à compléter.

4 Le poids d un objet Définition Si on lâche un objet, il tombe. Il est attiré par la Terre. La force à distance exercée par la Terre sur les objets est appelée le poids de l objet. Le poids d un objet est la force d attraction exercée par la Terre sur cet objet 5. Les caractéristiques du poids d un objet Le poids d un objet présente les quatre caractéristiques suivantes : point d application : le centre de gravité de l objet ; droite d action (ou direction) : la verticale donnée par le fil à plomb ; sens : vers le bas ; valeur : elle est mesurée avec un dynamomètre et s exprime en newtons (N). n le représente par un segment fléché d origine, de direction verticale, de sens vers le bas. Sa longueur est fonction de l échelle choisie 6. Il est noté : P Terre/objet C P P P 5 La Terre attire les corps suivant la verticale c'est-à-dire vers le centre de la Terre. B Le poids et la masse d un objet Définition de la masse La masse représente la matière contenue dans un objet. L unité de masse est le kilogramme (kg) et l appareil de mesure, la balance. Relation entre le poids et la masse d un objet En un même lieu, on constate que le rapport entre les valeurs du poids et de la masse d un objet est constant : le poids d un objet est proportionnel à sa masse (activité ). P = m. g (N) (kg) (N/kg) g est appelé l intensité de la pesanteur et s exprime en N/kg. Sur la Terre, g est voisin de 0 N/kg. Sur la Lune g =,6 N/kg. Remarques : Si on mesure le poids d un objet en différents points de la Terre, à des altitudes différentes 7, ou sur une autre planète 8, on obtient des résultats différents. En effet, l intensité de la pesanteur g, varie avec le lieu. En revanche, la masse d un objet, qui représente de la matière, a toujours la même valeur quel que soit l endroit où il se trouve. 6 Le segment fléché P Terre/objet représente le poids de l objet. lieu latitude g (N/kg) Paris 9 9,8 Pôle Nord 90 9,8 Équateur 0 9,78 7 Sur Terre, g varie avec la latitude du lieu. planète g (N/kg) Terre 9,8 Mars,6 Jupiter 6,0 8 g varie avec la planète. P Terre/objet Le poids et la masse

5 Conditions d équilibre d un objet soumis à deux forces Une plaque de polystyrène est soumise à l action de deux forces. La valeur du poids de la plaque est négligeable devant celles des forces. Deux dynamomètres mesurent la valeur des forces. Lorsque la plaque est en équilibre, on constate que : les fils des dynamomètres sont dans le prolongement l un de l autre, les indications des dynamomètres sont identiques. Pour qu un objet soumis à deux forces soit en équilibre il faut que ces deux forces aient : même droite d action ; même valeur ; des sens opposés. Les forces sont dites opposées. Les deux forces sont représentées par des segments fléchés de même direction, de même longueur et de sens opposés 9. pplications des conditions d équilibre d un objet L objet repose sur un plan horizontal Une bille posée sur un plan horizontal reste en équilibre bien qu elle soit toujours soumise à son poids P qui l attire vers le sol. Pour expliquer cet équilibre, on doit admettre que le plan exerce sur la bille une force R égale et opposée à P 0. Cette force R est appelée la réaction du support. L objet est suspendu à un fil (ou à un ressort) La bille est en équilibre bien qu elle soit soumise à son poids P qui l attire vers le sol. Pour expliquer cet équilibre, on doit admettre que le fil (ou le ressort) exerce sur la bille une force T égale et opposée à P. Cette force T est appelée la tension du fil (ou du ressort). F 9 Les deux forces F et F sont dites opposées. P R 0 l équilibre, la réaction R du support est opposée au poids P de l objet. T P T P l équilibre, la tension T du fil (ou du ressort) est opposée au poids P de l objet. 5

6 Q.C.M. Pour chaque ligne, indique la (ou les) réponse(s) correcte(s). B C La droite d action du poids est verticale est horizontale dépend de la forme de l objet Le poids d un objet se mesure avec une balance un dynamomètre un newtonmètre Le poids d un objet s exprime en grammes kilogrammes newtons La valeur du poids d un objet dépend du lieu où se ne dépend pas du lieu est proportionnelle à trouve l objet où se trouve l objet la masse de l objet L unité légale de masse est le gramme le kilogramme le newton Un objet soumis à deux forces est en même direction, même direction, même direction, équilibre si ces deux forces ont même sens, même sens, même valeur, même valeur des valeurs opposées des sens opposés Écris des définitions a. Quelle est la définition du poids d un objet? b. Quelle est la définition de la masse d un objet? Cite les caractéristiques du poids d un objet a. Quelles sont les quatre caractéristiques du poids d un objet? b. vec quel appareil mesure-t-on la valeur du poids d un objet? Indique la formule entre poids et masse a. Donne la relation entre le poids et la masse d un objet. b. Que représente chaque terme de cette formule? c. vec quelle unité doit-on les exprimer? Force Point Droite Sens Valeur d application d action F 7 La tension du fil Une boule (B) est attachée à un fil. Elle est en équilibre sous l action de deux forces. Dessine la figure sur ta feuille et nomme les forces en indiquant pour chacune : a. l objet qui exerce la force ; b. l objet qui subit la force.,5 N 5 La réaction du support Un solide (S) est en équilibre sur une table sous l action de deux forces. Dessine la figure et nomme les forces en indiquant pour chacune : table a. l objet qui exerce la force ; b. l objet qui subit la force. 6 Caractéristiques des deux forces Un objet très léger soumis à l action de deux forces F et F appliquées en et est maintenu en équilibre. Recopie et complète le tableau des caractéristiques des deux forces. Le poids et la masse (S) 6 8 Le poids varie sur Terre avec la latitude Calcule le poids d une masse de kg placée au niveau du sol, à Paris, au pôle nord et à l équateur. n donne les valeurs de l intensité de la pesanteur : à Paris : g = 9,8 N/kg au pôle nord : g = 9,8 N/kg à l équateur : g = 9,78 N/kg. (B)

7 8 9 Mesure la valeur du poids bserve le schéma. a. Quelle est la valeur du poids P de la boule? b. Dresse le tableau des caractéristiques du poids P. c. Reproduis la boule et représente le poids par un segment fléché à l échelle cm pour 0, N. 0 Quel voyage! Un astronaute effectue un voyage dans l espace. Il a une masse de 00 kg au départ de la Terre. a. Quel est son poids au départ de la Terre? b. Quel est son poids à la première station sur la Lune? c. Il arrive ensuite sur Mars. Quel est son nouveau poids? n donne les valeurs de l intensité de la pesanteur : sur la Terre : g = 9,8 N/kg ; sur la Lune : g =,6 N/kg ; sur Mars : g =,7 N/kg. 0 5 x 0, N c. Pourquoi la réaction de la table passe-t-elle par le centre de gravité de la boîte? Caractéristiques du poids et de la tension n mesure la valeur du poids d une pomme. a. Schématise l expérience photographiée ci-contre. b. Quelles sont les caractéristiques du poids P de la pomme? c. Représente le poids de la pomme à l échelle cm pour N. d. Quelles sont les caractéristiques de la tension T du fil du dynamomètre? e. Représente la tension du fil à la même échelle. Reconnais des objets en équilibre F F F F Le centre de gravité Quand un objet constitué d un matériau homogène possède un centre de symétrie, celui-ci est aussi son centre de gravité. a. ù est situé le centre de gravité des solides suivants? a. En observant les objets dessinés ci-dessus, indique, en justifiant ta réponse, lequel est en équilibre. b. Pourquoi les autres ne le sont-ils pas? Représente les forces Une boîte ayant la forme d un pavé de poids P = 0 N repose sur une table. Elle est en équilibre. a. Recopie le tableau ci-dessous puis complète le en indiquant table les caractéristiques des deux forces qui s appliquent sur la boîte. Force Point Droite Sens Valeur d application d action b. À l intersection de quelles droites se trouve situé le centre de gravité d une plaque triangulaire? 5 Séance de Travaux Pratiques En séance de travaux pratiques, naïs veut vérifier la proportionnalité entre le poids et la masse de différents objets contenus dans son cartable. Elle trouve les résultats suivants : objets poids (N) masse (kg) calculatrice,5 0,5 b. Représente les deux forces à l échelle cm pour 5 N. trousse,5 0,5 7

8 objets poids (N) masse (kg) livre de physique,5 0,5 cahier de T.P. 5, 0,5 a. vec quel appareil a-t-elle mesuré la valeur de la masse? b. vec quel appareil a-t-elle mesuré la valeur du poids? c. Trace le graphique représentant les valeurs du poids P (en ordonnées) et de la masse m (en abscisses) des différents objets. Echelle : axe des ordonnées : cm pour N ; axe des abscisses :cm pour 0, kg. d. Y a-t-il proportionnalité entre les valeurs du poids et de la masse des différents objets? Justifie ta réponse. e. Le coefficient de proportionnalité mesure l intensité de la pesanteur g. Quelle valeur de g peut-on déduire du graphique? 6 Étudie l équilibre d un solide En deux points et B d une plaque de polystyrène très légère, on a fixé deux fils. L un x 0, N des fils est accroché à un D dynamomètre. n tire sur le second jusqu à ce que le dynamomètre indique N. L ensemble est alors immobile. a. Reproduis le dessin et note le point B. Indique la méthode utilisée. b. Dessine le fil accroché en B. c. Représente les deux forces exercées par les fils sur la plaque. Échelle : cm pour N Équilibre d une lampe Un abat-jour et sa lampe, dont la masse est de 800 g, sont accrochés au plafond d un atelier par l intermédiaire d un câble. L ensemble est en équilibre. plafond câble a. Quel est le poids de la lampe et son abat-jour? (on prendra g = 0 N/kg). b. Reproduis la figure et représente le poids P à l échelle cm pour N. c. Quelle autre force s exerce sur l abat-jour? Représente cette force à la même échelle. 9 L otarie Un ballon de masse 00 g repose sur le nez d une otarie. a. Quel est le poids du ballon? (g = 0 N/kg). b. Quelles forces s exercent sur le ballon? c. Représenter ces forces à l échelle cm pour N. 7 Le plan incliné Une brique de masse kg est posée sur un plan incliné faisant un angle de 5 avec l horizontale en un lieu où g = 0 N/kg. La brique est en équilibre. Elle est soumise à son poids et à la réaction du plan. La réaction du support est perpendiculaire au support, car il n y a pas de frottement. horizontale 5 a. Quelle est la valeur du poids de la brique? b. Quelles sont les caractéristiques du poids de la brique? c. Recopie le dessin ci-dessus et représente le poids de la brique par un segment fléché. Échelle cm pour 0 N. d. Quelles sont les caractéristiques de la réaction du plan? Représente sur le même dessin la réaction du plan. Le poids et la masse 8 0 La gymnaste Une gymnaste de masse 60 kg est en équilibre au point M sur la poutre. a. Quelle force, due à la Terre, s exerce sur la gymnaste? Indique ses caractéristiques (point d application, droite d action, sens et valeur). n prendra g = 0 N/kg. b. Quelle autre force s exerce sur la gymnaste? c. Sachant que la gymnaste est en équilibre, indique les caractéristiques de cette autre force. M