Définition du poids

Comment peser du grain ? Les poids sont utilisés depuis longtemps pour effectuer des pesées lors des ventes de grain par exemple. Attention, les mesures effectuées représentent bien des masses et non des poids !

Le poids correspond à la force de pesanteur qui, d'origine gravitationnelle et inertielle, est exercée, dans notre cas, pas la Terre sur un corps massique car il se trouve au voisinage de la Terre.

On dit qu'elle est égale à l'opposé de la résultante des autres forces qui sont appliquées au centre de gravité du corps dans le cas où celui-ci est immobile et dans le référentiel terrestre.

Cette force correspond à la résultante des efforts dus à la gravité et à la force d'inertie d'entraînement qui est due à la rotation de la Terre sur elle-même.

On applique cette force au centre de gravité du corps massique et sa direction définit la verticale qui passe de façon approximative par le centre de la Terre. Ainsi, le poids correspond à une action à distance toujours proportionnelle à la masse.

Si on veut resté rigoureux, il faut savoir que le poids ne prend en compte que les effets gravitationnels et inertiels. Cependant, si on souhaite prendre en compte d'autres forces telles que la poussée d'Archimède ou si on souhaite étudier l'équilibre d'un corps dans un référentiel en mouvement dans le référentiel terrestre, on parle dans ce cas de poids apparent.

L'unité du poids est le Newton d'après le Système International.

La poussée d'Archimède

La poussée d'Archimède est un phénomène physique qui décrit le comportement de tout corps plongé dans un fluide qu'il soit liquide ou gazeux soumis à un champ de gravité.

Elle est nommée ainsi en l'honneur d'Archimède de Syracuse, un très grand scientifique grec de 200 avant J.-C.

Elle est causée par l'augmentation de la pression du fluide avec la profondeur. Comme la pression exercée sur la partie basse du corps est supérieure à celle exercée sur la partie haute, le corps est poussé verticalement vers le haut.

Voici la formulation d'origine de cette loi physique :

Tout corps plongé dans un fluide au repos, entièrement mouillé par celui-ci ou traversant sa surface libre, subit une force verticale, dirigée de bas en haut et opposée au poids du volume de fluide déplacé ; cette force est appelée poussée d'Archimède.

Pour que le théorème s'applique il faut que le fluide immergeant et le corps immergé soient au repos. Il faut également qu'il soit possible de remplacer le corps immergé par du fluide immergeant sans rompre l'équilibre.

Voici l'équation qui en résulte :

    \[ \overrightarrow { P } _ { A } = M _ { f } \overrightarrow { g } \]

Avec :

  • Mf la masse du fluide contenu dans un volume V et déplacé ;
  • g la valeur du champ de pesanteur, de 9,81 N/kg à la surface de la Terre.

Les montgolfières se composent de trois parties. L’enveloppe constituée du ballon, la nacelle qui sert à transporter les passager et pour finir, le brûleur qui va chauffer l’air de l’enveloppe pour permettre à la montgolfière de s’élever dans les airs. Elles sont un très bon exemple de l'utilisation de la poussée d'Archimède par les hommes.

Quelques exemples

La poussée d'Archimède intervient dans de nombreux cas de notre vie de tous les jours.

Par exemple, c'est la poussée d'Archimède qui fait qu'on ne coule pas lorsque l'on fait la planche sur l'eau. C'est aussi grâce à elle qu'un glaçon flotte à la surface d'un verre même lorsqu'il fond.

La poussée d'Archimède est aussi très utile à de nombreux appareils flottant ou volant. C'est grâce à elle que les bateaux ne coulent et que les sous-marins peuvent gérer leur profondeur. Les ballons dirigeables et les montgolfières peuvent aussi voler dans le ciel grâce à la poussée d'Archimède et au gaz moins dense que l'air qu'ils contiennent.

Le Système International

L'ensemble des unités associées aux dimensions fondamentales constitue le système international d'unités. Il s'agit du système MksA (mètre, kilogramme, seconde, Ampère), mais le Kelvin, le mole et le candela font aussi partie de ce système. Ces unités sont appelées unités légales. Elles sont universelles et connues de par le monde entier.

Il est important de savoir que toutes les autres dimensions se déduisent de ces sept dimensions fondamentales par produit ou division de ces dimensions

Dans certains sujets d'exercices, les grandeurs ne sont pas exprimées dans le système international mais avec des grandeurs usuelles. Il est facile de les comprendre et elles sont parfois utilisées dans la vie de tous les jours, mais il est essentiel de toujours effectuer les calculs avec les grandeurs exprimées dans l'unité internationale pour éviter les erreurs.

Par exemple, la pression est souvent exprimée en Bar. Or, dans le système international, la pression s'exprime en Pascal !

Le champs gravitationnel

Comment la Terre fait-elle pour tourner ? La pesanteur se calcule grâce à la formule P = m g avec m la masse de l'objet et g une force verticale de pesanteur appelée poids de l'objet. Ainsi, si la masse de l'objet est de 1 kilogramme, alors la pesanteur est égale à l'accélération au poids de l'objet.

En physique classique, on appelle champ gravitationnel, ou encore champ de gravitation, un champ qui est réparti dans l'espace et dû à la présence d'une masse qui est alors susceptible d'exercer une influence gravitationnelle sur tout les autres corps pouvant être présent à proximité immédiate ou non.

On peut démontrer que le champ gravitationnel créé en un point quelconque par un corps ponctuel dérive d'un potentiel scalaire dit newtonien.

En physique classique, le champ gravitationnel ou champ de gravitation est un champ réparti dans l'espace et dû à la présence d'une masse susceptible d'exercer une influence gravitationnelle sur tout autre corps présent à proximité (immédiate ou pas). L'introduction de cette grandeur permet de s'affranchir du problème de la médiation de l'action à distance apparaissant dans l'expression de la force de gravitation universelle.

On peut interpréter le champ gravitationnel comme étant la modification de la métrique de l'espace-temps. L'approximation newtonienne est alors valable uniquement dans le cas où les corps présentent une vitesse faible par rapport à celle de la lumière dans le vide et si le potentiel gravitationnel qu'ils créent est tel que le quotient du potentiel gravitationnel sur le carré de la vitesse de la lumière dans le vide est négligeable.

On peut approcher le champ électrique et le champ gravitationnel. En effet, l'expression du champ et du potentiel ne sont différents que d'une constante. De plus, les principaux théorèmes de calculs, celui de la superposition ou de Gauss par exemple, peuvent s'appliquer dans les deux cas. Ce qui les différencie alors est le caractère attractif, donc entre deux charges de signe opposé, ou répulsif, donc entre deux charges de même signe, du champ électrique tandis que le champ gravitationnel ne peut être qu'attractif.

En physique, on appelle champ électrique tout champ vectoriel créé par des particules électriquement chargées. Plus exactement, lorsque nous sommes en présence d'une particule chargée, les propriétés locale de l'espace défini sont alors modifié ce qui permet de définir la notion de champ. En effet, si une autre charge se trouve être dans le dit champ, elle subira ce qu'on appelle l'action de la force électrique qui est exercée par la particule malgré la distance. On dit alors du champ électrique qu'il est le médiateur de la dite action à distance.

Si on se veut plus précis, on peut définir dans un référentiel galiléen défini, une charge q définie de vecteur vitesse v qui subit de la part des autres charges présentes, qu'elles soient fixes ou mobiles, une force qu'on définira de force de Lorentz. Cette force se décompose ainsi :

    \[ \overrightarrow { f } = q \left ( \overrightarrow { E } + \overrightarrow { v } \wedge \overrightarrow { B } \right) \]

avec :

  •     \[ \overrightarrow { E } \]

    le champ électrique. Celui-ci décrit dans ce cas la partie de la force de Lorentz qui est indépendante de la vitesse de la charge

  •     \[ \overrightarrow { B } \]

    le champ magnétique. Celui-ci décrit ainsi la partie de la force exercée sur la charge qui dépend du déplacement de cette même charge dans le référentiel choisi.

De plus, il est important de noter que les deux champs, électrique et magnétique, dépendent du référentiel d'étude.

Avec cette formule, on peut alors définir le champ électrique comme étant le champ traduisant l'action à distance subie par une charge électrique fixe dans un référentiel défini de la part de toutes les autres charges, qu'elles soient mobiles ou fixes.

Mais on peut également définir le champ électrique comme étant toute région de l'espace dans laquelle une charge est soumise à une force dite de Coulomb.

On commence à parler de champ électrostatique lorsque, dans un référentiel d'étude, les charges sont fixes. Notons d'ailleurs que le champ électrostatique ne correspond pas au champ électrique comme décrit plus haut dans cet article puisqu'en effet, lorsque les charges sont en mouvement dans un référentiel, il faut ajouter à ce référentiel un champ électrique qui est induit par les déplacement des charges afin d'obtenir un champ électrique complet.

Mais, le champ électrique reste dans la réalité un caractère relatif puisqu'il ne peut exister indépendamment du champ magnétique. En effet, si on observe la description correcte d'un champ électromagnétique, celui-ci fait intervenir un tenseur quadridimensionnel de champ électromagnétique dont les composantes temporelles correspondent alors à celle d'un champ électrique. Seul ce tenseur possède un sens physique. Alors, dans le cas d'un changement de référentiel, il est tout à fait possible de transformer un champ magnétique en champ électrique et inversement.

Calculs sur le poids

On peut effectuer de nombreux calculs concernant les poids. Voici quelques uns que vous pourriez rencontrer lors de vos exercices.

Quel est le plus lourd entre un kilo de plumes et un kilo de plomb ? Le poids d'un objet se calcule en Newtons et non en grammes ou kilogrammes. Dans ce cas, il s'agit bien d'une masse.

Calcul du poids de la Terre

    \[ || \overrightarrow{P} || = - \frac{GMm}{R^{2}} = m \cdot g \]

Définition d'une force constante

Une force est constante si sa valeur, son sens et sa direction sont identiques aux cours de l'étude.

Calculer le travail d'une force constante

On utilise une formule: w(f)=F*AB*cos(F,AB)

donc F est en newton,AB est une distance ne m et l'angle orienté c'est l'angle entre la force F et la force de direction AB,l'unité du travail est le joule

démonstration: un caddie est poussé sur 20 m en ligne droite sur un sol horizontal par une personne exercant une force F,sa valeur est de 30N.

-calculer le travail de la force F:

w(F)=30*20*cos(0)

=600 joules!

Calculer le travail du poids

w(P)=m*g*(za-zb)

alors:m c'est  la masse en kg,g est en N/kg

et (za-zb) c'est l'altidude,la différence de hauteur entre a et b

démonstration:une pomme(de masse  253g)tombe d'un pommier de 2.5m

le travail du pds est de w(P)=0.253*9.81*2.5=6.20 joules

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Clément

Freelancer et pilote, j'espère atteindre la sagesse en partageant le savoir que j'ai acquis lors de mes voyages au volant de ma berline. Curieux scientifique, ma soif de découverte n'a d'égale que la durée de demie-vie du bismuth 209.

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