Science et technologie s1004

La masse et le poids

La masse d’un objet se définit comme étant la quantité de matière dont l'objet est constitué. L’unité de la masse est le gramme (g).

Pour déterminer la masse d'un objet, on utilise une balance.

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Les techniques pour mesurer la masse

Voici un tableau des unités de mesure les plus souvent utilisées pour la masse.

​Préfixe​kilo-​hecto-​déca-​déci-​centi-​milli-
​Masse​kilogramme (kg) ​hectogramme (hg) ​décagramme (dag)​gramme (g) ​décigramme (dg)​centigramme (cg) ​milligramme (mg)
​Valeur équivalente en gramme
​0,001​0,01​0,1​1​10​100​1000

Le choix des unités de mesure est basé sur l'objet à mesurer. Il faut choisir l'unité de mesure de la masse qui permet d'avoir un nombre qui ne soit ni trop gros, ni trop petit.

S'il faut mesurer la masse d'un être humain, l'unité de mesure à privilégier sera le kilogramme. Toutefois, si on doit mesurer la masse d'une abeille, on utilisera le milligramme, car la masse de cet insecte est très petite.

Les unités de masse et leur conversion

Comparer les masses de différentes substances ayant le même volume

Dans le cadre d'un laboratoire, il est demandé de prendre la masse de 10 ml d'eau et de 10 ml d'huile. La masse de l'eau est de 10 g, alors que celle de l'huile est de 9,20 g. Qu'est-ce qui explique cette différence entre les masses, considérant que les volumes des substances sont les mêmes?

On ne peut pas simplement considérer les données sans tenir compte de la nature des substances. Puisque les deux substances n'ont pas le même composition, elles n'ont pas les mêmes propriétés. Leur masse peut donc varier.

Il est de même pour les objets solides. S'il fallait déplacer une boîte pleine de livres et une autre boîte, de taille similaire, pleine de plumes, la seconde boîte serait beaucoup plus légère que la première, car le contenu des deux boîtes n'est pas le même.

Le poids

Le poids d’un objet se définit comme étant la force avec laquelle la Terre (ou les autres astres) nous attire vers elle. L’unité de cette force est le newton (N).

La masse est donc universelle, c'est-à-dire que la masse est la même partout dans l'Univers. C'est le poids qui varie.

Les astronautes qui sont allés sur la Lune se sentaient plus légers, car leur poids avait diminué en raison de la force d'attraction de la Lune qui est plus faible que celle de la Terre. Toutefois, leur masse n'avait pas changé, car ils sont composés de la même quantité de matière sur Terre ou sur la Lune.

Un astronaute gardera la même masse dans l’espace, mais n’aura aucun poids puisqu’aucune planète ne l’attire vers elle.

Dans le langage courant, il arrive d’entendre des phrases comme « Je pèse x kilos… ». Toutefois, il est physiquement incorrect d’utiliser une telle formulation. En fait, le poids est une force qui se mesure en newtons et non en kilogrammes. C’est la masse qui est mesurée en kilogrammes.

Calcul du poids d'une personne

On utilise la formule suivante pour calculer le poids d'une personne selon l'endroit où il se trouve:

|P=m\cdot g|

|P| représente le poids (ou force gravitationnelle) |(N)|
|m| représente la masse |(kg)|
|g| représente la constante gravitationnelle d'une planète |(N/kg)|

Cette formule est similaire à la force gravitationnelle agissant sur un corps à l’aide du champ gravitationnel.
|F_{g}=m\cdot g|

Quel est le rapport entre le poids de 50 kg d'une personne sur Jupiter et sur la Terre?

On calcule d'abord le poids sur la Terre.
|m=50 kg|
|g=9,8 N/kg|

|P=m\cdot g|
|P=50kg\cdot9,8N/kg|
|P=490N|

On calcule ensuite le poids sur Jupiter.
|m=50 kg|
|g=24,79N/kg|

|P=m\cdot g|
|P=50kg\cdot24,79N/kg|
|P=1239,5 N|

On fait le rapport entre ces deux poids.
|\displaystyle \frac{1239,5N}{490N} \approx 2,5|

On remarque que le poids d'une personne est environ 2,5 fois plus grand sur Jupiter que sur la Terre.

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