Définir le poids d'un corps et l'intensité de pesanteur. Nommer et décrire les appareils de mesure.

Voici les solutions pour l'exercice de physique.

EXERCICE 1 : Évaluation des savoirs

1. Définir les termes suivants :

a) Poids d'un corps :
Le poids d'un corps est la force d'attraction gravitationnelle exercée par un astre (comme la Terre) sur ce corps. C'est une force vectorielle dirigée vers le centre de l'astre.

b) Intensité de pesanteur :
L'intensité de pesanteur ($g$) est le coefficient de proportionnalité entre le poids ($P$) d'un corps et sa masse ($m$). Elle représente la force gravitationnelle par unité de masse et s'exprime en Newtons par kilogramme ($\text{N/kg}$).

2. Nommer les appareils ci-dessous :

a) L'appareil représenté est un dynamomètre. Il est utilisé pour mesurer l'intensité d'une force, notamment le poids.

b) L'appareil représenté est une balance électronique. Il est utilisé pour mesurer la masse d'un corps.

3. Représenter dans les deux cas suivants le centre de gravité du solide et le poids : Pour un cylindre et un parallélépipède rectangle homogènes, le centre de gravité (G) est au centre géométrique du solide. Le poids (P) est une force verticale dirigée vers le bas, appliquée au centre de gravité.

• Cylindre : Le centre de gravité G est au milieu de l'axe du cylindre. Le vecteur poids P part de G et est dirigé verticalement vers le bas.
• Parallélépipède rectangle : Le centre de gravité G est au point d'intersection des diagonales des faces opposées. Le vecteur poids P part de G et est dirigé verticalement vers le bas.

4. Donner deux différences entre le poids et la masse :

• Le poids est une force, tandis que la masse est une quantité de matière.
• Le poids dépend de l'intensité de pesanteur ($g$) et varie selon le lieu (par exemple, sur la Lune, le poids est différent de celui sur Terre), tandis que la masse est une propriété intrinsèque du corps et reste constante quel que soit le lieu.
• Le poids se mesure en Newtons ($\text{N}$), tandis que la masse se mesure en kilogrammes ($\text{kg}$).

EXERCICE 2 : Évaluation des savoirs-faire

PARTIE A

1. Un morceau de savon de masse $2 \text{ kg}$ est posé sur une table horizontale en un lieu où $g = 10 \text{ N/kg}$.

a) Donner les caractéristiques du poids du savon :

• Point d'application : Le centre de gravité du savon (G).
• Direction : La verticale.
• Sens : De haut en bas (vers le centre de la Terre).
• Intensité : Le poids $P$ est calculé par la formule $P = m \times g$.

b) Calculer l'intensité du poids :
L'intensité du poids est $\boxed{\mathbf{20 \text{ N}}}$.

2. Un homme de masse $70 \text{ kg}$ est sur la Lune où $g_{\text{Lune}} = 1,6 \text{ N/kg}$.

a) Calculer son poids sur la Lune :

b) Calculer sa masse sur la Lune :
La masse d'un corps est une propriété intrinsèque et ne change pas avec le lieu.
La masse de l'homme sur la Lune est $\mathbf{70 \text{ kg}}$.

PARTIE B

1. En vous appuyant du code de couleur ci-dessus et de vos connaissances, donner la valeur de la résistance que peut remplacer celle du fer à repasser de résistance $R = 1500 \Omega$. Le code de couleur donné est pour une résistance avec les bandes : Marron, Rouge, Noir, Vert.

• Marron : 1
• Rouge : 2
• Noir : 0
• Vert : multiplicateur $10^5$ La valeur de la résistance serait $120 \times 10^5 \Omega = 12 \times 10^6 \Omega = 12 \text{ M}\Omega$. Cependant, la question demande la valeur de la résistance qui peut remplacer celle du fer à repasser de $R = 1500 \Omega$. Le code de couleur donné ne correspond pas à $1500 \Omega$. Pour une résistance de $1500 \Omega$:
• 1ère bande : Marron (1)
• 2ème bande : Vert (5)
• 3ème bande (multiplicateur) : Rouge ($10^2$)
• 4ème bande (tolérance) : Or (5%) ou Argent (10%) Donc, la résistance de $1500 \Omega$ aurait les couleurs : Marron, Vert, Rouge.

2. En vous appuyant sur vos connaissances, aidez Abdalla en lui proposant dans le cadre ci-dessous un schéma du montage électrique comprenant : une pile, une lampe, le voltmètre et l'ampèremètre. Le schéma doit montrer :

• Une pile (générateur)
• Une lampe (récepteur)
• Un ampèremètre branché en série avec la lampe pour mesurer le courant qui la traverse.
• Un voltmètre branché en parallèle aux bornes de la lampe pour mesurer la tension à ses bornes.

       +-----[ Ampèremètre ]-----[ Lampe ]-----+
       |                                       |
       |                                       |
      [Pile]                                 [Voltmètre]
       |                                       |
       |                                       |
       +---------------------------------------+

(Le schéma doit être dessiné avec les symboles normalisés : un cercle avec un A pour l'ampèremètre, un cercle avec un V pour le voltmètre, un cercle avec une croix pour la lampe, et un grand trait/petit trait pour la pile.)

3. En lisant la bande dessinée de son cousin, Abenolo tombe sur le dessin ci-contre où un astronaute cherche à connaître dans quelle planète il se trouve. En exploitant les données du dessin ci-contre et la relation entre le poids et la masse, aidez cet astronaute à répondre à cette question.

Les données du dessin montrent :

• Masse de l'astronaute ($m$) : $70 \text{ kg}$
• Poids de l'astronaute ($P$) : $260 \text{ N}$

Nous utilisons la relation $P = m \times g$ pour trouver l'intensité de pesanteur ($g$) de la planète.

En comparant cette valeur avec les intensités de pesanteur connues des planètes :

• Terre : $g_{\text{Terre}} \approx 9,8 \text{ N/kg}$
• Lune : $g_{\text{Lune}} \approx 1,6 \text{ N/kg}$
• Mars : $g_{\text{Mars}} \approx 3,7 \text{ N/kg}$
• Jupiter : $g_{\text{Jupiter}} \approx 24,8 \text{ N/kg}$
• Vénus : $g_{\text{Vénus}} \approx 8,87 \text{ N/kg}$
• Mercure : $g_{\text{Mercure}} \approx 3,7 \text{ N/kg}$

L'intensité de pesanteur calculée ($3,71 \text{ N/kg}$) est très proche de celle de Mars ou Mercure.
L'astronaute se trouve sur la planète $\boxed{\mathbf{Mars \text{ ou } Mercure}}$.