Poids et masse : cours de CAP

Dans la vie de tous les jours, on dit « je pèse 70 kilos » ou « ce sac a un poids de 5 kilos ». Tout le monde comprend, et personne ne s'y trompe. Pourtant, en physique, ces deux mots ne désignent pas la même chose. Le langage courant les mélange, la physique les sépare.³ Cette confusion vient d'un fait simple : sur Terre, tous les objets ont à la fois une masse et un poids, et ces deux grandeurs évoluent presque ensemble. On utilise donc souvent un seul mot pour les deux.⁴

En CAP, tu rencontres cette notion dans des situations très concrètes : peser une pièce à l'atelier, préparer une quantité de produit, lire une balance, calculer l'effort que supporte un support ou un câble. Pour bien réussir, il faut savoir de quelle grandeur on parle, avec quelle unité, et comment passer de l'une à l'autre.

Dans ce cours, tu vas :

• définir la masse et le poids ;
• retrouver la relation qui les relie ;
• apprendre à convertir et à calculer sans te tromper d'unité ;
• comprendre ce qui change (ou non) quand on change de lieu ;
• comprendre comment fonctionne une balance et ce que signifie « faire la tare ».

Une masse s'écrit avec un nombre et une unité : 2 kg, 750 g, 0,5 kg. Ce n'est pas une force, et elle n'a aucune direction.

Une propriété compte beaucoup : la masse reste constante. Elle ne varie pas, sauf si on ajoute de la matière à l'objet ou si on lui en retire.⁴ Une boule de pétanque garde la même masse dans ton jardin, en haut d'une montagne ou sur la Lune. Un satellite en orbite, où tout flotte, conserve lui aussi sa masse.⁴

La masse mesure aussi la résistance d'un objet quand on veut changer son mouvement : plus il est massif, plus la force à fournir pour modifier sa vitesse est grande. Prends deux satellites, l'un d'une tonne et l'autre de 10 tonnes. Pour leur donner la même accélération, il faut une force dix fois plus intense sur le plus lourd.⁴

Le poids est une grandeur vectorielle : c'est une force, donc on peut la représenter par une flèche.³ Comme toute force, elle se décrit par quatre éléments. Voici ceux du poids d'un objet posé sur Terre :

• point d'application : le centre de gravité de l'objet ;
• direction : la verticale du lieu ;
• sens : vers le bas, vers le centre de la Terre ;
• valeur : P, en newtons.

Le centre de gravité est le point où l'on peut imaginer que tout le poids est concentré. Déterminer ce point fait partie des objectifs de ce chapitre en CAP.¹ Pour un objet homogène de forme régulière (une règle, une plaque rectangulaire), il se trouve au milieu.

La Terre attire tous les objets qui l'entourent. L'attraction de la Terre sur un corps, c'est précisément son poids.³ Plus l'objet est massif, plus l'attraction est forte. Ainsi, au même endroit, un objet de 20 kg subit un poids deux fois plus élevé qu'un objet de 10 kg.³

Comment passer de la masse au poids ? L'activité classique consiste à accrocher des objets de masses différentes à un dynamomètre, à noter chaque poids, puis à calculer le rapport poids ÷ masse. On constate que ce rapport reste le même pour tous les objets : le poids et la masse sont proportionnels.¹

Ce rapport constant s'appelle l'intensité de la pesanteur, notée g, et s'exprime en newtons par kilogramme (N/kg).¹ On en déduit que le poids s'obtient en multipliant la masse par l'intensité de la pesanteur.³

La relation $P = m \times g$ montre immédiatement ce qui se passe quand on change de lieu : $m$ reste identique, mais $g$ change, donc $P$ change aussi.

Prenons un astronaute. Sa masse est la même sur Terre et sur la Lune.⁴ Son poids, lui, est environ six fois plus faible sur la Lune.⁴ Il se sent plus léger, il saute plus haut, mais il contient toujours autant de matière, et il lui faut toujours autant d'effort pour lancer un objet lourd à l'horizontale. Les exercices de CAP posent d'ailleurs ce genre de question : donner la masse d'une fusée sur Terre puis sur la Lune, et comparer son poids dans les deux lieux.¹

Deux instruments permettent de mesurer, mais ils ne répondent pas à la même question.

Le dynamomètre mesure directement une force, donc un poids : un ressort s'allonge d'autant plus que la force qui le tire est grande. Il se lit en newtons. Sa graduation est caractérisée par sa sensibilité, c'est-à-dire la valeur d'une graduation.¹

La balance sert à mesurer une masse. La méthode la plus courante consiste à comparer l'objet à d'autres masses connues.³ Dans ce cas, la balance compare en réalité des poids, mais comme ils sont tous soumis à la même pesanteur, la comparaison donne bien le rapport des masses.³ Les pèse-personnes et les balances électroniques fonctionnent autrement : ils mesurent la force exercée par l'objet puis en déduisent une masse.³

Dans l'usage quotidien, le mot « poids » décrit souvent les deux propriétés, et le sens se devine selon le contexte.⁴ Quand le boulanger dit « une baguette de 250 grammes », il parle d'une masse. Quand un technicien parle de « la charge supportée par une poutre », il parle d'une force, donc d'un poids, en newtons.

En sciences physiques, au contraire, les deux termes sont définis de façon rigoureuse comme deux grandeurs distinctes, car ce sont deux propriétés différentes.⁴ Dans une copie de CAP, voici comment rédiger proprement :

• parle de masse pour les kilogrammes et les grammes ;
• parle de poids pour les newtons ;
• écris toujours la formule, le calcul avec les unités, puis une phrase de réponse.