Vidéo de la leçon: Relation entre la masse et le poids Physique

Transcription de la vidéo

Dans cette vidéo, nous allons voir la différence subtile entre la masse et le poids. Dans le langage courant, nous les utilisons souvent de manière interchangeable. Ils sont certainement très liés, mais ils ne représentent pas la même chose. Voyons donc les définitions de la masse et du poids et comprenons la différence entre elles.

Premièrement, la masse est une mesure de la quantité de matière qui compose un objet. Nous pouvons voir que la matière est un terme technique et cela se réfère à des choses dans l’univers, des choses telles que des atomes ou des protons et des neutrons et des électrons qui se trouvent être les éléments constitutifs des éléments possédant une masse. Donc, la masse est une mesure de la quantité de choses qui composent un objet. En plus de cela, la masse d’un objet est aussi une mesure de la résistance de l’objet à l’accélération lorsqu’une certaine force nette lui est appliquée.

En d’autres termes, réfléchissons à un bloc que nous avons. Disons que c’est un bloc de bois avec une masse 𝑚. Et sur ce bloc de bois, nous exerçons une force nette de grandeur 𝐹. Eh bien, dans cette situation, le bloc va accélérer dans le sens de la force nette. Nous dirons donc qu’il a une accélération 𝑎.

Et la relation entre la force nette 𝐹, la masse du bloc 𝑚 et l’accélération 𝑎 est donnée par la deuxième loi de mouvement de Newton, qui nous dit que la force nette est égale à la masse de l’objet multipliée par l’accélération qu’il subit.

Donc, si nous réorganisons cette équation, nous pouvons voir que pour toute force nette donnée exercée sur un objet, l’accélération que l’objet subit est inversement proportionnelle à la masse. En d’autres termes, si les mêmes forces sont exercées sur deux objets différents avec deux masses différentes, l’objet avec une masse plus grande présentera une accélération plus petite. Et par conséquent, nous pouvons penser à la masse de l’objet comme sa résistance à l’accélération lorsqu’une force nette donnée est exercée sur celui-ci. En plus de cela, la masse est mesurée en kilogrammes. Ceci est son unité de base. Donc, c’est ce que nous entendons quand nous parlons de masse.

Voyons maintenant le poids. Maintenant, le poids est la force subie par un objet lorsqu’il est placé dans un champ gravitationnel. En d’autres termes, nous pouvons considérer le poids comme la force gravitationnelle subie par un objet.

Donc, si nous revenons à notre bloc de bois avec une masse 𝑚 et considérons maintenant le fait qu’il se trouve dans le champ gravitationnel de la Terre, alors disons que voici la surface de la Terre, eh bien dans cette situation, le champ gravitationnel de la Terre va exercer une force gravitationnelle sur le bloc avec la masse 𝑚. Et cette force va être une force d’attraction et elle va agir vers le centre de la Terre. Nous pouvons étiqueter cette force comme P parce que c’est le poids du bloc de bois.

Il est important de se rendre compte que si nous avions considéré la Terre dans la première situation, nous devions également considérer le poids du bloc. Mais nous n’avions pas pensé que le bloc se trouvait dans un champ gravitationnel. Nous aurions donc pu simplement supposer que dans le premier cas, il flottait dans l’espace ou quelque chose du genre. Cependant, lorsqu’un objet est placé dans un champ gravitationnel, il subit une force gravitationnelle et cette force est le poids de l’objet.

Maintenant, cette force gravitationnelle peut être calculée en multipliant la masse de l’objet - dans ce cas notre bloc de bois - par ce qu’on appelle l’intensité du champ gravitationnel à la position du bloc de bois dans notre étude. Maintenant, parce que nous considérons que le bloc de bois est placé dans le champ gravitationnel de la Terre, dans cette situation particulière, 𝑔 fait référence à la force du champ gravitationnel de la Terre. Ce n’est pas nécessairement la force du champ gravitationnel de la Terre. Il s’agit simplement d’une force de champ gravitationnel de n’importe quel champ gravitationnel dans lequel se trouve l’objet à ce moment-là.

Et à propos, il convient de noter qu’un objet n’a pas nécessairement un poids que lorsqu’il touche la surface de la Terre par exemple. Il subira toujours une force gravitationnelle même s’il est légèrement élevé au-dessus de la surface. Et c’est à ce stade que nous pouvons réaliser que, comme le poids est une force gravitationnelle, il est mesuré en newtons. En d’autres termes, les newtons sont l’unité de base du poids.

Maintenant, nous avons vu ce qui se passe quand une force nette agit sur un objet. L’objet accélère dans le sens de la force. Nous pouvons donc dire que si nous avions ce bloc de bois et que la seule force agissant sur lui était le poids du bloc, il accélérerait vers le bas vers la surface de la Terre avec une accélération 𝑎 que nous pourrions trouver en utilisant cette équation ici, la deuxième loi de Newton sur le mouvement.

On pourrait dire que la force nette sur le bloc qui dans ce cas était égale au poids du bloc était égale à la masse du bloc multipliée par l’accélération ressentie 𝑎. Mais attendez une minute! N’avons-nous pas simplement dit que le poids de l’objet est égal à la masse multipliée par l’intensité du champ gravitationnel? C’est donc là que nous pouvons repérer quelque chose de vraiment intéressant: la force du champ gravitationnel dans lequel se trouve l’objet est la même chose que l’accélération subie par l’objet si la seule force agissant sur l’objet était le poids de l’objet.

En d’autres termes, l’intensité du champ gravitationnel est équivalente à une accélération. Et c’est pourquoi la quantité 𝑔 est aussi souvent connue comme l’accélération due à la gravité. Et donc, une chose importante à réaliser est que cette équation 𝑊 est égale à 𝑚𝑔 est juste un cas spécial de 𝐹 est égal à 𝑚𝑎. En effet, la deuxième loi de Newton sur le mouvement fait référence à toute force nette agissant sur un objet. Et cela montre la relation entre la masse de cet objet et l’accélération ressentie par l’objet. Donc, si nous disons que la force nette sur l’objet est juste 𝐹, alors elle accélérerait avec 𝑎 dans le même sens que la force nette. Et c’est la relation que nous devons utiliser.

Cependant, cette équation 𝑊 égale 𝑚𝑔 se réfère spécifiquement à la façon dont la force gravitationnelle 𝑊 - le poids de l’objet - est liée à sa masse et à l’intensité du champ gravitationnel ou à l’accélération due à la gravité.

Revenons maintenant à une distinction entre la masse et le poids, puisque nous avons dit plus tôt que la masse est une mesure de la quantité de matière qui compose un objet, cela signifie que nous pourrions prendre exactement le même objet - disons ce bloc de bois avec une masse 𝑚 - dans différents champs gravitationnels. Et si cet objet est toujours exactement le même objet qu’avant, que rien ne s’est détaché de lui par exemple, alors la masse de cet objet sera toujours la même quel que soit le champ gravitationnel dans lequel se trouve l’objet.

C’est parce que la masse est une mesure intrinsèque de la quantité de matière qui compose un objet. Et si nous emmenons le même objet à différents endroits, la quantité d’éléments qui le composent ne changera pas. Par conséquent, la masse ne va pas changer.

Cependant, le poids d’un objet dépend fortement du champ gravitationnel dans lequel l’objet est placé. C’est parce que le poids d’un objet est égal à la masse de cet objet qui reste constante multipliée par l’intensité du champ gravitationnel qui peut changer. En d’autres termes, l’intensité du champ gravitationnel de la Terre est différente de l’intensité du champ gravitationnel de la lune par exemple. Et donc, si nous prenions le même objet avec la même masse, de la Terre à la lune, il aurait un poids différent sur la lune. Et c’est une distinction très importante entre la masse et le poids. Donc, après avoir vu tout cela, regardons un exemple de question.

Un astronaute sur Terre, où l’intensité du champ gravitationnel est de 9,8 newtons par kilogramme, a une masse de 65 kilogrammes et un poids de 637 newtons. L’astronaute est envoyé dans une station spatiale, où l’intensité du champ gravitationnel est de 9.5 newtons par kilogramme. Quelle est la masse de l’astronaute sur la station spatiale? Quel est le poids de l’astronaute sur la station spatiale?

D’accord, donc dans cette question, nous avons initialement un astronaute qui est à la surface de la Terre. Et puis plus tard, cet astronaute est envoyé à une station spatiale. Maintenant, on nous a dit que sur Terre, l’intensité du champ gravitationnel est de 9,8 newtons par kilogramme. On peut donc dire que l’intensité du champ gravitationnel 𝑔 de la Terre indice 𝐸 est de 9,8 newtons par kilogramme.

On nous a dit que sur Terre, l’astronaute a une masse que nous appellerons 𝑚 de 65 kilogrammes et un poids qui sera une force agissant vers le bas. Et nous appellerons cela 𝑊 et il se trouve que ce sont 637 newtons. Maintenant, sur la base de ces informations, nous devons déterminer ce qui arrive aux astronautes lorsqu’ils sont envoyés à une station spatiale. Et on nous a dit que sur cette station spatiale, l’intensité du champ gravitationnel est de 9.5 newtons par kilogramme. Nous pouvons donc dire que 𝑔 indice 𝑠, qui est ce que nous appellerons l’intensité du champ gravitationnel sur la station spatiale, est de 9.5 newtons par kilogramme.

Maintenant, on nous demande d’indiquer quelle est la masse de l’astronaute sur la station spatiale et quel est son poids sur la station spatiale. Pour ce faire, rappelons une relation entre le poids, la masse et l’intensité du champ gravitationnel. Nous pouvons rappeler que le poids d’un objet 𝑊 est donné en multipliant la masse de cet objet par la force du champ gravitationnel qui est également connu comme l’accélération due à la gravité causée par le champ gravitationnel dans lequel se trouve l’objet.

En plus de cela, nous pouvons rappeler que la masse est une mesure de la quantité de matière qui compose un objet. Par conséquent, si nous prenons le même objet et le mettons dans un nouveau champ gravitationnel, la masse de cet objet ne va pas changer parce que l’objet est toujours composé de la même quantité d’éléments. Par conséquent, si on nous dit que la masse de l’astronaute est de 65 kilogrammes sur Terre, alors la masse de l’astronaute est de 65 kilogrammes partout, qu’ils soient sur Terre ou dans une station spatiale ou dans une partie autre partie de l’espace.

Si l’astronaute est composé de la même quantité d’éléments que précédemment, alors sa masse sera toujours la même. Donc, quand on nous demande quelle est la masse de l’astronaute sur la station spatiale, on peut dire que sa masse est toujours de 65 kilogrammes. Cependant, en regardant cette équation, nous pouvons voir que le poids de l’astronaute changera en fonction de la force du champ gravitationnel dans lequel se trouve l’astronaute. Et cela varie entre la Terre et la station spatiale. Nous pouvons voir que les valeurs de 𝑔 sont différentes.

Donc, avant de trouver le poids de l’astronaute sur la station spatiale, confirmons d’abord que cette équation a du sens en se basant sur les valeurs qui nous ont été données dans la question lorsque l’astronaute était sur Terre. Nous pouvons donc dire que le poids de l’astronaute sur Terre, nous allons ajouter cet indice 𝐸 maintenant puisque nous avons réalisé que le poids change en fonction de l’endroit où se trouve l’astronaute. On peut dire que le poids de l’astronaute 𝑊 indice 𝐸 sur Terre est égal à la masse multipliée par l’intensité du champ gravitationnel sur Terre 𝑔 indice 𝐸.

Et en substituant les valeurs, nous voyons que 637 newtons est égal à 65 kilogrammes multiplié par 9,8 newtons par kilogramme. Et le côté droit de l’équation finit par être 637 newtons. Par conséquent, cette équation fonctionne. Et nous venons de le confirmer en fonction des valeurs qui nous ont été donnés dans la question. Alors maintenant, nous pouvons l’appliquer à la station spatiale.

Nous pouvons dire que le poids de l’astronaute sur la station spatiale maintenant - que nous appellerons 𝑊 indice 𝑠, donc c’est la force vers le bas lorsque l’astronaute est sur la station spatiale - est égal à la masse de l’astronaute qui est toujours la même multiplié par l’intensité du champ gravitationnel sur la station spatiale 𝑔 indice 𝑠.

Ensuite, nous pouvons insérer les valeurs sur le côté droit. La masse est toujours de 65 kilogrammes. Mais cette fois, l’intensité du champ gravitationnel est de 9.5 newtons par kilogramme. Et lorsque nous calculons le côté droit, nous constatons que le nouveau poids de l’astronaute est de 617.5 newtons. Par conséquent, notre réponse finale à cette partie de la question est que le poids de l’astronaute sur la station spatiale est de 617.5 newtons.

Bon, maintenant que nous avons examiné un exemple de question, résumons ce dont nous avons parlé dans cette vidéo. Premièrement, nous avons vu que le poids et la masse ne sont pas la même chose. Mais ils sont étroitement liés par l’équation P est égal à 𝑚𝑔. Où P est le poids d’un objet, 𝑚 est la masse de cet objet et 𝑔 est l’intensité du champ gravitationnel.

Deuxièmement, nous avons vu que l’équation 𝑊 est égale à 𝑚𝑔 est un cas particulier de la deuxième loi de Newton sur le mouvement 𝐹 est égal à 𝑚𝑎 parce que la deuxième loi de Newton sur le mouvement se réfère généralement à la force nette sur un objet, alors que 𝑊 est égal à 𝑚𝑔 spécifiquement fait référence à la force gravitationnelle exercée sur un objet ou en d’autres termes le poids de cet objet. Et cela signifie que 𝑔 l’intensité du champ gravitationnel est également connue comme l’accélération due à la gravité.

Et enfin, nous avons vu qu’un objet aura la même masse partout, en supposant bien sûr que l’objet ne se brise pas en morceaux ou quelque chose comme ça. Mais ce même objet peut avoir un poids différent dans différents champs gravitationnels. Cela dépend spécifiquement de la valeur de 𝑔, l’intensité du champ gravitationnel. Il s’agit donc de notre analyse de la relation entre la masse et le poids.