Chargement…
⚗️ Physique-Chimie3èmeCours
Le poids et la gravitation
📖
Cours
Le poids et la gravitation
1. La force de gravitation universelle
Une attraction entre tous les objets
La gravitation est une force d'attraction qui s'exerce entre tous les objets possédant une masse. Cette force est universelle : elle agit partout dans l'Univers, que ce soit entre la Terre et la Lune, entre le Soleil et les planètes, ou même entre toi et ton cahier.
Cette idée a été formulée par Isaac Newton au XVIIᵉ siècle.
Caractéristiques :
- Elle est toujours attractive (elle rapproche les objets, jamais ne les repousse)
- Elle s'exerce à distance (pas besoin de contact)
- Elle est d'autant plus forte que les masses sont grandes
- Elle est d'autant plus forte que les objets sont proches
La pomme et la Terre : la Terre attire la pomme qui tombe. Mais la pomme attire aussi la Terre ! Seulement, la Terre est si massive qu'on ne voit pas son mouvement.
Entre deux objets du quotidien (deux stylos sur une table), cette force existe mais elle est extrêmement faible. Elle ne devient significative que lorsqu'au moins un des objets est très massif (planète, étoile…).
La formule de la gravitation universelle
L'intensité de la force de gravitation entre deux objets A et B est donnée par :
| Symbole | Grandeur | Unité |
|---|---|---|
| F | Force de gravitation | Newton (N) |
| G | Constante de gravitation universelle | G ≈ 6,67 × 10⁻¹¹ N·m²/kg² |
| mA | Masse de l'objet A | Kilogramme (kg) |
| mB | Masse de l'objet B | Kilogramme (kg) |
| d | Distance entre les centres des deux objets | Mètre (m) |
Au brevet : cette formule est toujours fournie dans l'énoncé. On ne te demande pas de la mémoriser, mais de savoir l'exploiter (faire un calcul, ou expliquer comment F varie quand on change m ou d).
Ce que nous dit cette formule
Attention : la force dépend du carré de la distance (d²). Si la distance double, la force est divisée par 4 (pas par 2).
2. Le poids d'un objet
Définition
Le poids d'un objet est la force de gravitation exercée par la Terre (ou un autre astre) sur cet objet. C'est ce qui nous maintient au sol et fait tomber les objets lâchés en l'air.
| Grandeur | Symbole | Unité | Instrument |
|---|---|---|---|
| Poids | P | Newton (N) | Dynamomètre |
| Masse | m | Kilogramme (kg) | Balance |
| Intensité de pesanteur | g | N/kg | — |
Le poids est un vecteur
Le poids est une force, donc il se représente par un vecteur :
Exemple de calcul
Un sac à dos a une masse m = 5 kg. Son poids sur Terre :
P = m × g = 5 × 9,8 = 49 N
3. L'intensité de la pesanteur g
La valeur de g change selon l'astre sur lequel on se trouve, car elle dépend de la masse et du rayon de cet astre.
| Lieu | g (N/kg) | Poids d'un objet de 60 kg |
|---|---|---|
| Terre | 9,8 | P = 60 × 9,8 = 588 N |
| Lune | 1,6 | P = 60 × 1,6 = 96 N |
| Mars | 3,7 | P = 60 × 3,7 = 222 N |
| Jupiter | 24,8 | P = 60 × 24,8 = 1 488 N |
Un astronaute de 60 kg se sent 6 fois plus léger sur la Lune que sur Terre. Il peut y faire des bonds spectaculaires ! Pourtant, sa masse reste 60 kg partout.
La valeur de g varie aussi légèrement à la surface de la Terre : g ≈ 9,78 N/kg à l'équateur et g ≈ 9,83 N/kg aux pôles (car la Terre n'est pas parfaitement sphérique). Au brevet, on utilise g ≈ 9,8 N/kg ou g ≈ 10 N/kg (arrondi).
4. Distinction entre poids et masse
C'est LA confusion à éviter au brevet. Dans la vie courante, on dit « je pèse 50 kg », mais en physique c'est la masse. Le poids, lui, est une force.
| Masse | Poids | |
|---|---|---|
| Nature | Quantité de matière | Force d'attraction |
| Symbole | m | P |
| Unité | Kilogramme (kg) | Newton (N) |
| Instrument | Balance | Dynamomètre |
| Varie selon le lieu ? | ❌ Non | ✅ Oui (dépend de g) |
| Sur Terre (60 kg) | 60 kg | 588 N |
| Sur la Lune (60 kg) | 60 kg | 96 N |
5. Exploiter la formule de gravitation (exercices type brevet)
Exercice 1 : calcul du poids
Un astronaute a une masse de 80 kg. Calculer son poids sur Terre (g = 9,8 N/kg) puis sur Mars (g = 3,7 N/kg).
Sur Terre : P = m × g = 80 × 9,8 = 784 N
Sur Mars : P = m × g = 80 × 3,7 = 296 N
Conclusion : l'astronaute pèse 784 N sur Terre mais seulement 296 N sur Mars. Sa masse reste 80 kg dans les deux cas.
Exercice 2 : retrouver une masse
Un objet a un poids de 29,4 N sur Terre (g = 9,8 N/kg). Quelle est sa masse ?
Formule : P = m × g → m = P / g
Calcul : m = 29,4 / 9,8 = 3,0 kg
Exercice 3 : exploiter F = G × mA × mB / d² (question qualitative)
La Terre est à 150 millions de km du Soleil. Si cette distance doublait, comment évoluerait la force de gravitation entre la Terre et le Soleil ?
Raisonnement : dans la formule F = G × mA × mB / d², la distance d est au carré au dénominateur. Si d double (d × 2), alors d² est multiplié par 4. Comme d² est au dénominateur, la force est divisée par 4.
Conclusion : si la distance double, la force de gravitation est 4 fois plus faible.
📌 À retenir
- La gravitation est une force d'attraction universelle entre tous les objets ayant une masse ; elle agit à distance et elle est toujours attractive.
- Formule de gravitation : F = G × mA × mB / d². F augmente avec les masses et diminue quand la distance augmente (au carré).
- Le poids est la force de gravitation exercée par un astre sur un objet : P = m × g. C'est un vecteur vertical dirigé vers le bas.
- g ≈ 9,8 N/kg sur Terre (≈ 1,6 sur la Lune, ≈ 3,7 sur Mars). Le poids change selon le lieu.
- La masse (en kg, balance) est invariable. Le poids (en N, dynamomètre) varie selon l'astre.
- Si la distance double, la force de gravitation est divisée par 4 (car d est au carré).
Révise ce chapitre avec KlarIA
Tuteur qui t'explique pas à pas, quiz pour t'entraîner, flashcards pour mémoriser. Gratuit.
Créer mon compte gratuitement→