Poids et masse
Troisième · Physique-Chimie · Mouvements et interactions
Mouvements et interactions
Masse et poids : deux grandeurs différentes
Dans la vie courante, on dit « je pèse 60 kilos ». En physique, cette phrase est fausse : 60 kg, c'est une masse, pas un poids. Le poids, lui, se mesure en newtons. Cette distinction est un grand classique du brevet, et une fois que tu l'as comprise, tout le chapitre devient simple.
La masse : la quantité de matière
Le poids : une force d'attraction
La Terre exerce une attraction gravitationnelle sur tous les objets qui se trouvent près d'elle. C'est cette action à distance qui fait tomber une pomme, qui retient l'eau des océans et qui te maintient au sol. Cette force a un nom : le poids.
| La masse | Le poids | |
|---|---|---|
| Ce que c'est | Une quantité de matière | Une force d'attraction gravitationnelle |
| Symbole | m | P |
| Unité | kilogramme (kg) | newton (N) |
| Instrument de mesure | la balance | le dynamomètre |
| Change-t-elle d'un astre à l'autre ? | NON : elle est invariable | OUI : elle dépend de l'astre |
| Exemple pour un élève « de 50 kg » | 50 kg sur Terre ET sur la Lune | 490 N sur Terre, mais 80 N sur la Lune |
Mouvements et interactions
La relation P = m × g et l'intensité de pesanteur
Masse et poids sont deux grandeurs différentes… mais elles sont liées ! Sur un astre donné, le poids d'un objet est proportionnel à sa masse : si tu doubles la masse, tu doubles le poids. Le coefficient de proportionnalité s'appelle l'intensité de pesanteur.
L'intensité de pesanteur change d'un astre à l'autre
Plus un astre est massif, plus il attire fortement les objets, donc plus son g est grand. C'est pourquoi on se sent « léger » sur la Lune : sa masse est bien plus petite que celle de la Terre, donc son intensité de pesanteur vaut environ 6 fois moins.
| Astre | Intensité de pesanteur g (N/kg) | Poids d'un objet de masse 10 kg |
|---|---|---|
| Lune | 1,6 | 16 N |
| Mars | 3,7 | 37 N |
| Vénus | 8,9 | 89 N |
| Terre | 9,8 | 98 N |
| Jupiter | 24,8 | 248 N |
Exercices corrigés
Avec quel instrument mesure-t-on le poids d'un objet ?
- A.Un dynamomètreBonne réponse
- B.Une balance
- C.Un chronomètre
- D.Un voltmètre
Réponse : A — Un dynamomètre
Le poids est une force : on le mesure donc avec un dynamomètre, un appareil à ressort gradué en newtons. La balance, elle, donne une masse en kilogrammes. Le chronomètre mesure des durées et le voltmètre des tensions électriques. Moyen mnémotechnique : « dyna » évoque la force.
Quelle relation lie le poids P, la masse m et l'intensité de pesanteur g ?
- A.P = m / g
- B.P = g / m
- C.P = m + g
- D.P = m × gBonne réponse
Réponse : D — P = m × g
La relation à connaître par cœur est P = m × g. Le poids est proportionnel à la masse : c'est pour cela qu'on multiplie. Sur Terre, un objet de 1 kg a un poids d'environ 9,8 N, un objet de 2 kg un poids d'environ 19,6 N, etc. Les formules avec une division te donneraient un poids plus petit que la masse, ce qui est absurde sur Terre. Et on n'additionne jamais deux grandeurs d'unités différentes !
Quelles sont la direction et le sens du poids d'un objet posé sur une table ?
- A.Direction horizontale, sens vers la droite
- B.Direction verticale, sens vers le haut
- C.Direction verticale, sens vers le basBonne réponse
- D.Le poids n'a ni direction ni sens : c'est un simple nombre
Réponse : C — Direction verticale, sens vers le bas
Le poids est la force d'attraction exercée par la Terre : il est donc dirigé vers le centre de la Terre, ce qui se traduit par une direction verticale et un sens vers le bas. C'est bien une force, donc elle se représente par une flèche avec un point d'application (le centre de gravité), une direction, un sens et une valeur en newtons. Une force vers le haut existe bien dans cette situation, mais c'est l'action de la table sur l'objet, pas le poids.
Un objet a une masse de 500 g. Quel est son poids sur Terre, avec g = 9,8 N/kg ?
- A.4900 N
- B.49 N
- C.0,49 N
- D.4,9 NBonne réponse
Réponse : D — 4,9 N
Il faut d'abord convertir : 500 g = 0,5 kg. Puis P = m × g = 0,5 × 9,8 = 4,9 N. Le piège classique est d'oublier la conversion et de calculer 500 × 9,8 = 4900 N, un résultat 1000 fois trop grand (ce serait le poids d'une demi-tonne !). Souviens-toi qu'en newtons, le poids sur Terre vaut environ 10 fois la masse en kilogrammes : ici 0,5 kg donne bien environ 5 N.
Un dynamomètre indique 60 N pour un objet posé sur Terre, où g = 10 N/kg. Quelle est la masse de cet objet ?
- A.6 kgBonne réponse
- B.600 kg
- C.60 kg
- D.0,6 kg
Réponse : A — 6 kg
On part de P = m × g et on isole la masse : m = P / g = 60 / 10 = 6 kg. Répondre 600 kg, c'est multiplier au lieu de diviser. Répondre 60 kg, c'est confondre la valeur du poids en newtons avec une masse en kilogrammes : le piège le plus courant du chapitre. Astuce de contrôle : sur Terre, la masse en kg est environ 10 fois plus petite que le poids en N.
Un astronaute flotte dans la Station spatiale internationale. Que peut-on dire de sa masse ?
- A.Sa masse est devenue nulle, c'est pour cela qu'il flotte
- B.Sa masse est identique à celle qu'il a sur TerreBonne réponse
- C.Sa masse a été divisée par 6, comme sur la Lune
- D.Sa masse est devenue une force en newtons
Réponse : B — Sa masse est identique à celle qu'il a sur Terre
La masse mesure la quantité de matière : l'astronaute n'a rien perdu de son corps en montant en orbite, sa masse est donc rigoureusement identique. S'il flotte, ce n'est pas parce que la gravité a disparu (elle est encore forte à 400 km d'altitude) mais parce que la station et lui sont en chute libre permanente autour de la Terre : c'est l'état d'impesanteur. D'ailleurs, pour le pousser il faudrait toujours autant d'effort, preuve que sa masse est bien là.
Deux sacs de sable, de masses 4 kg et 12 kg, sont pesés au même endroit. Que peut-on affirmer sur leurs poids ?
- A.Le poids du second est 8 N de plus que celui du premier
- B.Les deux poids sont égaux, car g est le même
- C.Le poids du second est 3 fois plus grand que celui du premierBonne réponse
- D.Le poids du second est 9 fois plus grand, car 3 au carré fait 9
Réponse : C — Le poids du second est 3 fois plus grand que celui du premier
Comme P = m × g avec le même g pour les deux sacs, le poids est proportionnel à la masse. Or 12 = 3 × 4, donc le second sac a un poids 3 fois plus grand. Contrôle chiffré avec g = 10 N/kg : 4 × 10 = 40 N et 12 × 10 = 120 N, et 120 = 3 × 40. L'écart vaut 80 N et non 8 N. Quant au carré, il n'intervient pas ici : la relation poids-masse est une simple proportionnalité, pas une relation au carré.
Sur Jupiter, g = 24,8 N/kg. Un explorateur y mesure un poids de 1240 N pour un colis. Quelle serait la valeur du poids de ce colis sur Terre (g = 9,8 N/kg) ?
- A.490 NBonne réponse
- B.1240 N
- C.50 N
- D.3138 N
Réponse : A — 490 N
Étape 1 : la masse, invariable, se déduit du poids jovien : m = P / g = 1240 / 24,8 = 50 kg. Étape 2 : on calcule le poids terrestre de cette même masse : P = 50 × 9,8 = 490 N. Répondre 50 N confond la masse (50 kg) avec un poids. Répondre 1240 N oublie que le poids dépend de l'astre. Vérification logique : Jupiter attire plus fort que la Terre, donc le poids terrestre doit être plus petit que 1240 N, ce qui élimine d'emblée 3138 N.
Un bidon vide a une masse de 1,2 kg. On y verse 3 L d'eau (1 L d'eau a une masse de 1 kg). Quel est le poids du bidon rempli sur Terre, avec g = 10 N/kg ?
- A.30 N
- B.42 NBonne réponse
- C.12 N
- D.4,2 N
Réponse : B — 42 N
Il faut d'abord additionner les masses : l'eau apporte 3 L × 1 kg/L = 3 kg, donc la masse totale vaut 1,2 + 3 = 4,2 kg. Ensuite P = m × g = 4,2 × 10 = 42 N. Répondre 30 N, c'est oublier la masse du bidon vide. Répondre 12 N, c'est n'avoir compté que le bidon. Et 4,2 N confond la masse totale (4,2 kg) avec un poids : n'oublie jamais de multiplier par g à la fin.
Quelle est l'unité de la masse dans le système international ?
- A.Le newton (N)
- B.Le kilogramme (kg)Bonne réponse
- C.Le newton par kilogramme (N/kg)
- D.Le joule (J)
Réponse : B — Le kilogramme (kg)
La masse se mesure en kilogrammes (kg) : c'est une quantité de matière. Le newton est l'unité des forces, donc du poids. Le N/kg est l'unité de l'intensité de pesanteur g. Le joule est l'unité d'énergie. Retiens le trio : masse en kg, poids en N, intensité de pesanteur en N/kg.
Un objet a une masse de 3 kg sur Terre. Quelle est sa masse sur la Lune ?
- A.0,5 kg, car la Lune attire 6 fois moins
- B.18 kg
- C.3 kg : la masse ne change pasBonne réponse
- D.4,8 N
Réponse : C — 3 kg : la masse ne change pas
La masse mesure la quantité de matière contenue dans l'objet. En emmenant l'objet sur la Lune, on ne lui enlève aucune matière : sa masse reste donc de 3 kg. Ce qui change, c'est son POIDS, car l'intensité de pesanteur lunaire (1,6 N/kg) est environ 6 fois plus petite que celle de la Terre. Attention aussi à la dernière option : 4,8 N est bien le poids sur la Lune (3 × 1,6), mais la question portait sur la masse.
Un carton a une masse de 20 kg. Quel est son poids sur Terre, en prenant g = 10 N/kg ?
- A.2 N
- B.200 NBonne réponse
- C.30 N
- D.200 kg
Réponse : B — 200 N
On applique P = m × g = 20 × 10 = 200 N. Répondre 2 N reviendrait à diviser la masse par g au lieu de multiplier. Répondre 30 N, c'est additionner 20 + 10, ce qui n'a aucun sens physique. Et 200 kg est faux à cause de l'unité : un poids s'exprime toujours en newtons, jamais en kilogrammes.
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