Le poids et la masse – exercices corrigés 3AC
📝Exercice 1 : Définitions essentielles
📚Termes à définir :
Poids d’un corps
Caractéristiques : Point d’application : centre de gravité G ; Droite d’action : verticale passant par G ; Sens : vers le centre de la Terre (vers le bas) ; Intensité : mesurée par un dynamomètre.
Centre de gravité
Propriété : Pour un corps homogène de forme géométrique, le centre de gravité est confondu avec son centre géométrique.
Dynamomètre
Lecture : L’intensité s’exprime en newtons (N). Exemple : P = 2 × 2 N = 4 N.
Intensité de la pesanteur (g)
Valeurs : g varie avec le lieu et l’altitude. Au voisinage de la Terre, g ≈ 9,8 N/kg. À Casablanca : g = 9,8 N/kg (niveau mer) ; g = 9,77 N/kg (altitude 10 km). Sur la Lune : g ≈ 1,63 N/kg.
Relation P = m × g
Unités : P en newtons (N), m en kilogrammes (kg), g en N/kg. Exemple : pour m = 0,35 kg et g = 10 N/kg, P = 3,5 N.
Masse d’un corps (invariabilité)
Exemple : Un corps de masse 1 kg sur Terre a une masse de 1 kg également sur la Lune. Son poids, lui, varie (9,8 N sur Terre, 1,63 N sur la Lune).
Différence entre poids et masse
Tableau comparatif :
– Poids : variable, se mesure avec un dynamomètre, unité le newton (N), direction verticale.
– Masse : invariable, se mesure avec une balance, unité le kilogramme (kg), grandeur scalaire.
Corps homogène
Exemples : Sphère homogène (centre de gravité = centre de la sphère) ; cylindre homogène (centre de gravité = centre du cylindre). Pour un corps non homogène, le centre de gravité est décalé.
❓Exercice 2 : Vrai ou Faux
📝Affirmations à évaluer sur le poids et la masse :
Le poids d’un corps est une force attractive exercée par la Terre sur ce corps.
VRAI
FAUX
La masse d’un corps varie selon le lieu où on se trouve (Terre, Lune, altitude).
VRAI
FAUX
Le point d’application du poids est le centre de gravité G du corps.
VRAI
FAUX
La droite d’action du poids est horizontale.
VRAI
FAUX
L’intensité du poids se mesure avec un dynamomètre.
VRAI
FAUX
La relation entre le poids et la masse est P = m × g, où g est l’intensité de la pesanteur.
VRAI
FAUX
La valeur de g est la même partout sur Terre et dans l’univers.
VRAI
FAUX
Pour un corps homogène de forme géométrique, le centre de gravité est confondu avec son centre géométrique.
VRAI
FAUX
Le poids d’un corps est une grandeur invariable, contrairement à la masse.
VRAI
FAUX
Le rapport P/m est constant en un lieu donné et s’appelle l’intensité de la pesanteur g.
VRAI
FAUX
L’intensité du poids se mesure en kilogrammes (kg).
VRAI
FAUX
La courbe représentant le poids en fonction de la masse est une droite passant par l’origine.
VRAI
FAUX
✏️Exercice 3 : Compléter les phrases à trous
📝Liste des mots disponibles :
masse
centre de gravité
dynamomètre
verticale
newton (N)
kilogramme (kg)
intensité de la pesanteur
Terre
Lune
altitude
proportionnelle
g = 9,8 N/kg
homogène
géométrique
🔤Phrases à compléter :
Le __________ d’un corps est une force attractive exercée par la __________ sur ce corps.
Le point d’application du poids est le __________ du corps, noté G.
La droite d’action du poids est la __________ passant par le centre de gravité.
L’intensité du poids se mesure avec un __________ et s’exprime en __________.
La __________ d’un corps est une grandeur invariable, elle se mesure en __________.
La relation entre le poids et la masse est P = m × g, où g est l’__________.
En un lieu donné, l’intensité du poids est __________ à la masse.
La valeur de g varie avec le lieu et l’__________. Au niveau de la mer, g ≈ __________.
Sur la __________, l’intensité de pesanteur est environ 6 fois plus faible que sur Terre.
Pour un corps __________ de forme géométrique, le centre de gravité est confondu avec son centre __________.
Le rapport P/m est constant en un lieu donné ; on l’appelle l’__________.
La courbe représentant le poids en fonction de la masse est une droite passant par l’origine, ce qui montre que P est proportionnel à __________.
⚖️Exercice 4 : Lecture du dynamomètre
📌Une masse est accrochée à l’extrémité d’un dynamomètre.
Figure : Dynamomètre avec masse accrochée
Donnée :
\(g_{\text{terre}} = 10 \, \text{N/kg}\)
1Quelle est la grandeur mesurée par le dynamomètre ?
2Quelle est la valeur de l’intensité du poids P ?
3Déterminer la valeur de la masse m en grammes..
📊Exercice 5 : Exploitation d’une courbe
Au cours d’une séance des travaux pratiques, Ibrahim a tracé la courbe ci-contre.
Figure : Courbe représentant le poids en fonction de la masse
Comment Ibrahim a montré que la masse et le poids sont proportionnels ?
Déterminer graphiquement le poids d’un objet de masse \( m = 300g \).
Déterminer graphiquement la masse d’un objet d’un poids \( P = 4N \).
Déterminer graphiquement la valeur de l’intensité de pesanteur \( g \).
⚖️Exercice 6 : Équilibre d’un corps suspendu
On met en équilibre un corps (S) de masse \( m = 150 \, g \) en le suspendant à un dynamomètre qui indique la valeur \( 2 \, N \).
Figure : Corps (S) suspendu au dynamomètre
Faire le bilan des forces qui s’exercent sur le corps (S).
Forces exercées sur (S) :
– ………………………………………………………………………
– ………………………………………………………………………
Donner les caractéristiques du poids \( \vec{P} \) du corps (S).
| Force | Point d’application | Droite d’action | Sens | Intensité |
|---|---|---|---|---|
| \(\vec{P}\) | ……………. | ……………. | ……………. | ……………. |
Donner les conditions d’équilibre d’un corps soumis à deux forces.
Conditions d’équilibre :
1. ………………………………………………………………………
2. ………………………………………………………………………
3. ………………………………………………………………………
En appliquant les conditions d’équilibre, déduire les caractéristiques de la force \( \vec{T} \) exercée par le fil du dynamomètre sur le corps (S).
| Force | Point d’application | Droite d’action | Sens | Intensité |
|---|---|---|---|---|
| \(\vec{T}\) | ……………. | ……………. | ……………. | ……………. |
Représenter les forces exercées sur le corps (S) avec l’échelle 1 N → 1 cm.
Calculer la valeur de l’intensité de pesanteur \( g \).
⚖️Exercice 7 :
On accroche un corps solide sphérique (S), de masse m, à l’extrémité d’un fil lié à un support. Le corps (S) est en équilibre comme le montre la figure ci-contre :
Figure : Corps (S) suspendu à un fil
Faire le bilan des forces exercées sur le corps en précisant leurs types.
Forces exercées sur (S) :
– ……………. (type : …………….)
– ……………. (type : …………….)
Rappeler les conditions d’équilibre d’un corps solide soumis à deux forces.
Conditions d’équilibre :
1. ………………………………………………………………………
2. ………………………………………………………………………
On modélise l’action du fil sur le corps (S) par la force \(\vec{T}\), tel que son intensité est \(2N\). Déterminer les caractéristiques de la force \(\vec{T}\).
| Force | Point d’application | Droite d’action | Sens | Intensité |
|---|---|---|---|---|
| \(\vec{T}\) | ……………. | ……………. | ……………. | ……………. |
En appliquant les conditions d’équilibre, déduire les caractéristiques du poids \(\vec{P}\) du corps (S).
| Force | Point d’application | Droite d’action | Sens | Intensité |
|---|---|---|---|---|
| \(\vec{P}\) | ……………. | ……………. | ……………. | ……………. |
Représenter, sur la figure, les deux forces \(\vec{T}\) et \(\vec{P}\) en choisissant une échelle convenable.
Choisir une échelle : ……………. (ex: 1 cm → 1 N)
Calculer la masse \(m\) de ce corps. On donne : \(g = 10 \, N/kg\)
🌍Exercice 8 : Poids et masse sur différentes planètes
Considérons un solide (S) de masse m et d’un poids \( P = 18 \, N \) sur une planète du système solaire.
Données :
- l’intensité de la pesanteur sur la lune est : \( g_L = 1.63 \, N/Kg \).
- L’intensité du poids du corps (S) sur la lune est : \( P_L = 8.15 \, N \).
| Planète | \( g \, (N/Kg) \) |
|---|---|
| Terre | 9.8 |
| Mercure | 3.6 |
| Mars | 3.7 |
| Vénus | 8.8 |
Quel est l’instrument de mesure de l’intensité d’une force ?
Donner l’expression pour calculer l’intensité de pesanteur.
Montrer que la masse du corps solide (S) est \( m = 5 \, Kg \).
Déterminer, parmi les planètes mentionnées dans le tableau, la planète sur laquelle se trouve le corps (S).
Déterminer la valeur de la masse d’un corps (\( S_0 \)) dont son intensité du poids à la surface de Mercure est égale à celle du corps (S), de masse \( m \), sur la Terre.
🌕Exercice 9 : Neil Armstrong sur la Lune
Neil ARMSTRONG fut le premier homme à poser le pied sur la Lune lors de la mission Appolo XI le 21 Juillet 1969.
Il a une masse sur la Terre de 70 kg.
Données :
- \( g_{\text{Terre}} = 10 \, \text{N/kg} \)
- \( g_{\text{Lune}} = 1,6 \, \text{N/kg} \)
Calculer l’intensité du poids de Neil Armstrong sur la Terre.
Quelle était sa masse sur la Lune ? Justifiez.
Réponse : ………………………………………….. kg
Justification : ………………………………………………………..
………………………………………………………………………
Calculer l’intensité de son poids sur la Lune.
⚖️Exercice 10 : Objet suspendu à un ressort
La figure ci-contre représente un objet (S) est en équilibre suspendu à un ressort.
Figure : Objet (S) suspendu à un ressort
Données :
- l’intensité du poids de cet objet sur la Terre est égale à 4 N
- \( g = 9,8 \, \text{N/kg} \)
Quelles sont les forces exercées sur l’objet (S) ?
Forces exercées sur (S) :
– ………………………………………………………………………
– ………………………………………………………………………
Calculer la masse m de l’objet (S).
Déterminez les caractéristiques du poids de l’objet (S).
| Force | Point d’application | Droite d’action | Sens | Intensité |
|---|---|---|---|---|
| \(\vec{P}\) | ……………. | ……………. | ……………. | ……………. |
Représenter le poids de l’objet (S) en utilisant l’échelle 2 N → 1 cm.
⚖️Exercice 11 : Corps en équilibre sur une table
On considère le schéma ci-contre où le corps (C) est en équilibre sur une table.
Figure : Corps (C) en équilibre sur une table
Données :
- masse du corps (C) : m = 0,3 kg
- intensité de la pesanteur : g = 10 N/kg
Calculer l’intensité du poids du corps (C).
Donner le bilan des forces exercées sur le corps (C).
Forces exercées sur (C) :
– ………………………………………………………………………
– ………………………………………………………………………
Donner les caractéristiques de ces forces.
Force \(\vec{P}\) (poids) :
| Force | Point d’application | Droite d’action | Sens | Intensité |
|---|---|---|---|---|
| \(\vec{P}\) | ……………. | ……………. | ……………. | ……………. |
Force \(\vec{R}\) (réaction de la table) :
| Force | Point d’application | Droite d’action | Sens | Intensité |
|---|---|---|---|---|
| \(\vec{R}\) | ……………. | ……………. | ……………. | ……………. |
Représenter ces forces en utilisant l’échelle : 1,5 N → 1 cm.
Le poids et la masse – exercices corrigés 3AC