Poids

Indications d'unebalancesur la Terre, la Lune et Mars.

Une même masse pesée à l'aide d'unpesonsur la Terre, la Lune et Mars donne des poids différents.

Lepoids^Écouterest laforcede lapesanteur,d'originegravitationnelleet inertielle, exercée, par exemple, par la Terre sur uncorps massiqueen raison uniquement du voisinage de la Terre^[1].Son unité dans leSystème internationalest lenewton.Il est égal à l'opposé de la résultante des autres forces appliquées aucentre de gravitédu corps lorsque celui-ci est immobile dans leréférentiel terrestre.Cette force est la résultante des efforts dus à la gravité et à la force d'inertie d'entraînement due à la rotation de la Terre sur elle-même. Elle s'applique aucentre de gravitédu corps et sa direction définit laverticalequi passe approximativement par lecentre de la Terre.Le poids est une action à distance toujours proportionnelle à lamasse.

Le poids ne prend en compte que les forces de gravitation et d'inertie d'entraînement dues à la masse et à larotation de la Terre.Quand on prend également en compte d'autres forces telles que lapoussée d'Archimède,d'autres forces de gravitation (notamment dues aux masses de la Lune et du Soleil) ou d'autres forces d'inertie (notamment laforce de Coriolis,la force d'inertie d'entraînement de la révolution de la Terre autour du centre de gravité Terre-Lune, ou celles qui apparaissent quand on se place dans un référentiel en mouvement par rapport au référentiel terrestre), on parle de «poids apparent».

Dans la langue courante, le poids (qui s'exprime ennewtons) est fréquemment confondu avec lamasse(qui s'exprime enkilogrammes).

Définition

Définition légale

D'après leBureau international des poids et mesures^[2]:

Le termepoidsdésigne une grandeur de la même nature qu'une force; le poids d'un corps est le produit de la masse de ce corps par l'accélération de la pesanteur; en particulier, le poids normal d'un corps est le produit de la masse de ce corps par l'accélération normale de la pesanteur;
Le nombre adopté dans le Système international des Poids et Mesures pour la valeur de l'accélération normale de la pesanteur est 980,665cm/s²,nombre sanctionné déjà par quelques législations.

Définition expérimentale

Le poids d'un corps (demassem) est la force depesanteurexercée sur lui et qui s'oppose à laforce résultantede celles qui le maintiennent à l'équilibre dans leréférentielterrestre (c’est-à-dire lié à l'objet solide Terre en rotation). Cette définition fait que sa détermination expérimentale est aisée, par exemple à l'aide d'unfil à plombmaintenu à l'équilibre: le poids est défini comme l'opposé de latensiondu fil et sa direction est celle du fil^[3].La direction du fil définit la verticale.

D'une manière générale, le poids est la somme de l'attraction universelledes autres masses et de la force d'inertie d'entraînement due au fait que le référentiel terrestre n'est pas unréférentiel galiléen.Quel que soit le corps, le rapport du poids ( ${\vec {P}}$ ) à sa masse (m) est identique et noté ${\vec {g}}$ :

{\vec {P}}=m\cdot {\vec {g}}

où

{\vec {g}}

est l'accélération de la pesanteur (

g=||{\vec {g}}||

est enm s⁻²,qui est l'unité de l'accélération).

Sur Terre, cette accélération est d'environ 9,81 m/s².Les écarts (toujours locaux) entre le champ de pesanteur théorique et le champ mesuré sont appelés desanomalies de pesanteurs.Le poidsPs'exprime ennewtons(N) et la massemenkilogrammes(kg). Ainsi, une masse de 100g(0,1kg) a un poids d'environ 1N,une masse de 1kga un poids d'environ 10N,une masse de 10kga un poids d'environ 100N.C'est la raison pour laquelle, dans les domaines techniques, on travaille souvent en décanewtons (daN): un objet de 1kga un poids d'environ 1daN;auparavant, on utilisait lekilogramme-force(kgf), unité désuète.

La notion de poids n'est pas uniquement terrestre et peut être étendue aux autres planètes. Par ailleurs, la rotation de la Terre provoque uneforce centrifugequi contribue également au poids.

Le poids est uneforce,son intensité s'exprime donc ennewtons(N), ou éventuellement en décanewtons (daN) ou kilonewtons (kN). Dans le langage courant, on assimile le poids à lamasseet on l'exprime de manière erronée en kilogrammes. Si le poids d'un corps dépend de sa position sur la Terre (ou si on le considère à la surface d'une planète plus ou moins grosse), samassen'en dépend pas.

Remarques

Article détaillé:Différence entre masse et poids.

Dans le système international d'unités, la massems'exprime en kilogrammes (symbole kg) alors que le poids qui est une force s'exprime ennewtons(symbole N), et l'accélérationgest indifféremment exprimée enN/kgou enm/s².

La non-distinction entre masse et poids dure jusqu'auXIX^esiècle^[2],et perdure dans le langage courant. Par exemple: « la masse corporelle d'une personne » est usuellement appelée son « poids ». Il en résulte une difficulté pédagogique, au moment où cette distinction est enseignée. L'adoption du Système international (S.I.) a permis grâce à la suppression de l'unitékilogramme-poidsde résoudre partiellement cette difficulté, mais on utilise fréquemment le décanewton (daN) pour retrouver approximativement cette équivalence masse-poids sur Terre.

L'accélération de pesanteur g est l'objet d'étude de lagravimétrie.Elle n'est pas constante à la surface de la Terre, variant entre autres, avec l'altitude mais aussi la latitude en diminuant du pôle (9,83m/s²) à l'équateur (9,78m/s²)^[4],en raison de l'aplatissement de la Terre aux pôles^[4]et de la force centrifuge perçue dans le référentiel terrestre due à la rotation de la Terre autour de son axe^[4].En France, on prend conventionnellement la valeur degà Paris, soit environ:

g= 9,81 m/s².

Calcul approché du poids terrestre

Sachant que le rayon moyen $R$ de la Terre est égal à 6 366kmet sa masse $M$ à 5,98 × 10²⁴kg,on peut déterminer une valeur approchée de l'accélération de la pesanteur $g\approx$ 9,81m/s²qui s'exerce sur un objet quelconque de masse $m$ à la surface de la Terre en ne tenant compte que de l'attraction gravitationnelle de la Terre et en négligeant la force d'inertie d'entraînement:

\left\|{\vec {P}}\right\|={\frac {GMm}{R^{2}}}=g\,m\simeq 9,81\,m

(enN,avec

m

enkg).

On rappelle que $G$ est laconstante universelle de gravitation.La valeur de l'accélération de la pesanteur $g$ dépendant du rayon, elle connaît à la surface de la Terre des variations qui peuvent atteindre 0,5 % et qui sont très souvent négligées.

Illusion taille poids

Article détaillé:Illusion taille-poids.

Poids apparent

Situation de poussée d'Archimède

Par exemple, si l'on pesait un objet sous l'eau, lapoussée d'Archimèdeferait paraître l'objet plus léger et le poids mesuré serait inférieur au poids réel. Évidemment, dans la vie quotidienne, quand on pèse un objet, la poussée d'Archimède exercée par l'air ambiant est à toutes fins utiles négligeable.

Situation de référentiel accéléré

Pesons un objet en le suspendant à undynamomètre.Il sera effectivement soumis à deux forces: son poids, orienté vers le bas^[b],et la force exercée par le dynamomètre, orientée vers le haut. Quand l'objet n'accélère pas, les deux forces ont la même grandeur et le dynamomètre indique le poids réel de l'objet. Toutefois, si l'on effectue la mesure dans unascenseurpendant que celui-ci se met en mouvement vers le haut, la force exercée par le dynamomètre sera supérieure au poids (du moins aux yeux d'un observateur immobile situé à l'extérieur de l'ascenseur), conformément à ladeuxième loi du mouvementdeNewton:

F-P=m\,a

,

où $F$ est la force exercée par le dynamomètre, $P$ le poids de l'objet et $a$ l'accélérationde l'ascenseur (et du dynamomètre).

Étant donné que le poids indiqué par le dynamomètre correspond à l'intensité $F$ de la force qu'exerce sur lui l'objet à peser^[c](cette force étant laréactionà la force que le dynamomètre exerce sur l'objet), ce poids « apparent » est supérieur au poids réel ( $F>P$ ,car $a>0$ ).

Pour un observateur situé dans l'ascenseur, l'objet à peser apparaît évidemment immobile. En ce cas, pour expliquer que la force exercée par le dynamomètre est supérieure au poids réel de l'objet, on doit faire intervenir uneforce d'inertieorientée vers le bas.

Le poids normal d'une personne de 70kgsoumise à l'accélération de la pesanteur $g =$ 9,8 m/s²est égal à $mg$ ,vaut (70kg) × (9,8m/s²) = 686N.

Dans un ascenseur qui décélère à 2m/s²,la personne est soumise à deux forces: d'une part son poids réel $P$ ,orienté vers le bas, et d'autre part la réaction $N$ ,orientée vers le haut, exercée sur elle par le plancher de l'ascenseur (ou lepèse-personnesur lequel elle se tient). Quand l'ascenseur freine, son accélération est orientée dans le sens opposé à la vitesse, c'est-à-dire en l'occurrence vers le bas (et donc négative en valeur algébrique, l'axede référence restant orienté vers le haut). On écrira donc, conformément à la deuxième loi de Newton:

N-P=m\,a\

avec

\ P=m\,g

donc:

N=m\,(g+a)=

(70kg) × [(9,8m/s²) − (2m/s²)] = 546N.

On obtient un poids apparent de 546N,inférieur au poids réel (686N).

Situation d'impesanteur

L'état d'impesanteurexpérimenté par lesspationautesest dû à lachute librede leur habitacle spatial, enorbiteautour de la Terre. En orbite, la force d'inertie ressentie par les astronautes annule leur poids apparent, bien que leur poids réel, à 386kmd'altitude, ne soit qu'environ 11 % plus faible que sur Terre.

Comme source d'énergie

Article détaillé:Énergie potentielle gravitationnelle.

La descente de poids permet d'actionner un mécanisme tel qu'unautomateou unehorloge.Ce type de dispositif a été remplacé par unressort moteur,mais est toujours utilisé pour produire de l'électricité, comme dans le cas desbarrages hydroélectriques.

Abus et extension de langage

Mathématiques

Lepoids,enmathématiques,est aussi la valeur que l'on attribue à un symbole en fonction de sa place dans un nombre.

exemple: 101 = 100 + 1. Le premier '1' a un poids de 100 (car en troisième position en partant de la droite), tandis que le second '1' à un poids unité (première position en partant de la droite). L'association des deux forme la valeur 101.

Lepoidsest aussi le coefficient ou pondération affecté à un point dans un barycentre (en référence à la physique où le barycentre fait appel aux masses)

exemple: si G est lebarycentredu système {(A, 1)(B, 3)}, on dit que A est affecté du poids 1 et B du poids 3.

Informatique

Eninformatique,le termepoidset ses qualificatifs associés sont couramment employés pour désigner lataille d'un fichier(« poids d'un fichier », « fichier lourd », « fichier léger »), et la consommation desressourcesd'unprocessus(«processus léger»).

Notes et références

Notes

↑La notion de pesanteur terrestre inclut unecorrectionqui tient compte dumouvement de rotationde laTerre.
↑Le poids, comme touteforce,est une quantitévectoriellequi possède uneorientation dans l'espace,c'est-à-dire une direction et un sens.
↑À condition, quand le dynamomètre est lui-même soumis à une accélération, que lamassedu ressort soit négligeable.

Références

↑ElieLévy,Dictionnaire de physique,Presses universitaires de France,1988(ISBN 978-2-13-039311-5),p.623.
↑^aetb«Résolution 2 de la3^eCGPM (1901): Déclaration relative à l'unité de masse et à la définition du poids; valeur conventionnelle de gn», surBIPM(consulté le27 décembre 2022).
↑ElieLévy,Dictionnaire de physique,Presses universitaires de France,1988(ISBN 978-2-13-039311-5),p.601.
↑^abetcDictionnaire de physique.Richard Taillet, Loïc Villain, Pascal Febvre. 2^eédition. De Boeck, 2009, page 7.

Voir aussi

Articles connexes

Liens externes

EtienneKlein,PhilippeBraxet PierreVanhove,Qu'est-ce que la gravité?: Le grand défi de la physique,Dunod,9 mars 2022(ISBN 978-2-10-084009-0,lire en ligne)
JacquesHeurtaux,«A propos de "masse inerte" et "masse de gravité"»,Revue française de pédagogie,vol.45,n^o1,‎1978,p.37–43(DOI10.3406/rfp.1978.1680,lire en ligne,consulté le28 décembre 2022)

Portail de la physique

[5] La notion de pesanteur terrestre inclut unecorrectionqui tient compte dumouvement de rotationde laTerre.

[6] Le poids, comme touteforce,est une quantitévectoriellequi possède uneorientation dans l'espace,c'est-à-dire une direction et un sens.

[7] À condition, quand le dynamomètre est lui-même soumis à une accélération, que lamassedu ressort soit négligeable.

[1] ElieLévy,Dictionnaire de physique,Presses universitaires de France,1988(ISBN 978-2-13-039311-5),p.623.

[BIPM1901-2] tb«Résolution 2 de la3^eCGPM (1901): Déclaration relative à l'unité de masse et à la définition du poids; valeur conventionnelle de gn», surBIPM(consulté le27 décembre 2022).

[3] ElieLévy,Dictionnaire de physique,Presses universitaires de France,1988(ISBN 978-2-13-039311-5),p.601.

[Taillet-4] tcDictionnaire de physique.Richard Taillet, Loïc Villain, Pascal Febvre. 2^eédition. De Boeck, 2009, page 7.

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