Poids et masse : cours de physique-chimie de 3e

Dans la vie de tous les jours, tout le monde dit « je pèse 55 kilos ». Le médecin, la boulangère et le facteur utilisent le mot poids pour parler d'une quantité qui s'exprime en kilogrammes. En physique, ce n'est pas correct : les deux mots désignent des grandeurs différentes.⁵

Ce cours répond à une question simple : qu'est-ce qui reste identique si tu emportes un objet sur la Lune, et qu'est-ce qui change ? La réponse tient en deux mots : la masse reste la même, le poids change.²

Tu connais déjà la gravitation, l'attraction qui s'exerce entre les objets. Le poids en est une conséquence directe. À la fin du chapitre, tu sauras :

• distinguer précisément masse et poids ;
• utiliser la relation $P = m \times g$ pour calculer l'un à partir de l'autre ;
• expliquer pourquoi un même objet n'a pas le même poids sur la Terre et sur la Lune ;
• représenter le poids comme une force.

Pour te faire une idée du kilogramme, il faut construire des repères : on utilise des objets familiers dont la masse est proche de un kilogramme, ou on compare plusieurs objets de masses identiques.² Plus tu as de repères, plus tu repères vite une valeur absurde dans un calcul (une voiture de 2 kg, par exemple).

La masse ne se confond pas avec le volume ou la contenance : un grand ballon gonflé peut avoir une masse très faible, un petit objet de métal une masse élevée.²

La gravitation s'exerce entre tous les objets du fait de leur masse.³ Elle dépend des masses des objets et de la distance qui les sépare.¹ Comme la masse de la Terre est énorme, l'attraction qu'elle exerce sur les objets proches de sa surface est celle que tu ressens : c'est le poids.⁵

Le poids est une interaction à distance : la Terre n'a pas besoin de toucher l'objet pour l'attirer.¹ À l'inverse, la main qui soutient un livre exerce une interaction de contact.¹

Le moyen le plus courant de mesurer une masse est de la comparer à d'autres masses avec une balance.⁵ Une balance compare en réalité des poids, mais comme les deux objets sont au même endroit, le résultat vaut aussi pour les masses.⁵

Le poids se mesure avec un dynamomètre : l'objet est accroché au ressort, qui s'allonge sous l'effet de la force.⁵ Dans l'activité classique du collège, on accroche au dynamomètre des masses marquées de 50 g, 100 g, 200 g et 500 g et on lit leur poids.⁴

Si tu mesures le poids de plusieurs masses marquées avec un dynamomètre et que tu traces le poids en fonction de la masse, les points sont alignés avec l'origine du repère. Le poids est proportionnel à la masse.¹ Concrètement, en présence du même champ de gravité, une masse de 20 kg subit un poids deux fois plus élevé qu'une masse de 10 kg.⁵

Le poids est l'attraction d'un astre sur l'objet, donc il dépend de l'astre et de la distance au centre de l'astre.⁵¹ La masse, elle, ne dépend pas de l'endroit.²

Exemple célèbre : une boule de bowling a, sur la Lune, un poids égal au sixième de celui qu'elle a sur Terre, alors que sa masse est la même.⁶ Cela explique les grands bonds des astronautes : sur la Lune, il faut fournir une force bien plus petite pour soulever son propre corps.

Une force se représente par une flèche, appelée vecteur force. Elle indique quatre éléments : le point d'application, la direction, le sens et la valeur.³

Au quotidien, chaque objet familier possède une masse et un poids, et ces deux grandeurs évoluent presque de pair. On utilise donc souvent le seul mot « poids » pour désigner les deux, et c'est le contexte qui indique ce qu'on veut dire.⁶ Si deux objets se trouvent au même endroit, le plus massif est aussi celui qui pèse le plus.⁶

En sciences physiques, on a au contraire séparé nettement ces deux termes, parce qu'ils décrivent des propriétés différentes.⁶ Au DNB, on attend de toi cette rigueur : un poids en newtons, une masse en kilogrammes, et la bonne formule.