Les variations de la masse et du poids d’un objet

La masse d’un objet 

Tous les objets sont constitués de matière mais certains contiennent plus de matière que d’autres. Lorsqu’on mesure la masse d’un objet à l’aide d’une balance, cela revient en fait à évaluer la quantité de matière qu’il contient. Un objet qui a une masse plus grande qu’un autre contient donc plus de matière. La masse reflète la quantité d’atomes qui constitue l’objet. Ce n’est donc pas une force.

Le poids d’un objet 

Les effets du poids
Si on lâche une pomme tenue immobile, elle tombe à la verticale. Si on la lance en l’air, elle ralentit puis retombe. • Pourquoi ? Comme la pomme a été mise en mouvement, c’est qu’elle est soumise au moins à une force. Cette dernière est due à l’action à distance appelée attraction gravitationnelle qu’exerce la Terre sur n’importe quel objet. Tous les objets sur la Terre sont soumis à cette force d’attraction appelée poids.

Les caractéristiques du poids
Dans cette force, l’auteur est la Terre et le receveur est l’objet. C’est une force à distance et répartie sur tout l’objet. Comme toute force, le poids peut être représenté par un vecteur noté → P dont les caractéristiques sont les suivantes : — son point d’application est le centre de gravité G de l’objet (Voir VII) ; — sa direction est donnée par la verticale ; — son sens est vers le centre de la Terre ; — son intensité P est exprimée en newtons (symbole N) et mesurée avec un dynamomètre (Voir doc. 3 p. 192).
• Remarque : l’intensité du poids est souvent appelée simplement poids.
La masse se mesure en kilogrammes (kg). Rappel : 1 kg = 1000 g et 1 t = 1000 kg.

Les variations de la masse et du poids d’un objet

La masse est invariable
La masse représentant la quantité de matière contenue dans un objet, elle n’a aucune raison de changer avec le lieu où se trouve l’objet. La masse est la même au niveau de la mer, en haut de l’Everest, dans la station Mir, sur la Lune, dans tout l’univers.

Le poids est variable
• Si en haut du Mont Everest, on mesurait à nouveau très précisément le poids des masses marquées, on constaterait qu’elles n’ont pas le même poids qu’au niveau de la mer. Comme P = m × g et que la masse m est invariable, cela signifie que l’intensité de la pesanteur g varie. De fait, g varie avec l’altitude (Voir doc. 4 p 193) mais faiblement : sa valeur est de 9,81 N/kg à Paris et de 9,78 N/kg à 9 km d’altitude ; il faut s’élever à 6 400 km pour voir sa valeur divisée par 4 et à 12 800 km pour qu’elle soit divisée par 9. Tous les objets qui naviguent à ces altitudes-là sont donc encore soumis à la pesanteur terrestre.
• Comme la Terre n’est pas sphérique (elle est aplatie aux pôles), tous les points de sa surface ne se situent pas à la même distance du centre de la Terre et l’intensité de la pesanteur g varie donc avec la latitude (Voir doc. 4 p 193) : elle vaut 9,81 N/kg à Paris, 9,83 N/kg aux pôles et 9,78 N/kg à l’équateur. Même si elles existent, ces variations sont cependant très faibles et on considère que l’intensité de la pesanteur g sur la Terre est d’environ 9,8 N/kg. Cette valeur signifie qu’une masse de 1 kg sur Terre aura pour poids 9,8 N.
Le graphe obtenu est une droite passant par l’origine, donc le poids d’un objet est proportionnel à sa masse.
• Il n’en sera pas de même sur d’autres astres. L’intensité de la pesanteur g est d’autant plus grande que la masse de la planète est grande. Ainsi, sur la Lune, l’intensité g de la pesanteur étant 6 fois moins grande que celle de la Terre, une masse de 1 kg a un poids 1,6 N. Sur Jupiter, une masse de 1 kg a un poids de 25,9 N.

L’apesanteur

• Ne rien peser ou être en apesanteur signifie être suffisamment loin de tout astre pour ne ressentir aucune attraction. Est-ce possible ? Cela paraît difficile quand on sait que, certaines comètes, pourtant situées à une année-lumière (300000*365*24*3600 = 9460800000000 km) du Soleil, sont encore attirées par ce corps céleste. Sur les vidéos ou photographies des astronautes dans les stations orbitales, on les voit pourtant flotter dans leur cabine. Sont-ils en apesanteur ? A la distance où se situe la station Mir (300 km d’altitude), l’attraction de la Terre est encore bien présente et les astronautes sont donc encore soumis à leur poids. Pourtant, manifestement ils ne le ressentent plus ; cette absence de sensation de poids s’appelle l’impesanteur (absence de sensation de pesanteur). • Pourquoi les astronautes ne ressentent-ils plus leur poids ? La station, comme tous les satellites artificiels de la Terre, est en orbite autour de celle-ci. Essayons d’abord de comprendre ce que cela signifie avant de répondre à la question. A la surface de la Terre, lorsqu’on jette un caillou devant soit, il tombe d’autant plus loin qu’on l’a lancé fort (voir schéma 2). Comme la Terre n’est pas plate, si Robert était vraiment très costaud, le caillou pourrait tomber derrière l’horizon (voir schéma 3). Et s’il l’était encore plus, il aurait intérêt de se baisser (voir schéma 4)…