▷ Poids (physique) : définition, formule, exercices résolus,...

Cet article explique la signification du poids en physique. Vous y trouverez la définition du poids, comment est calculé le poids d'un objet et quelle est la différence entre le poids et la masse. Enfin, vous pouvez vous entraîner avec des exercices de musculation étape par étape.

Qu'est-ce que le poids en physique ?

En physique, le poids d'un corps est la force gravitationnelle qui agit sur ledit corps. En général, la notion de poids fait référence à la force de gravité que la Terre exerce sur un certain objet, mais il pourrait aussi s'agir de celle de n'importe quelle autre planète.

Donc, puisque le poids est une force, c’est un vecteur avec un module, une direction, un sens et un point d’application. Ci-dessous nous verrons comment trouver la valeur du poids, mais la direction sera toujours verticale, la direction sera vers le bas et le point d'application correspondra au centre de gravité du corps.

Comme vous pouvez le constater, en physique, il faut faire la distinction entre poids et masse , car la signification de ces deux termes est mal utilisée dans la vie de tous les jours. Ci-dessous, vous avez expliqué en détail les différences entre le poids et la masse d'un corps.

Le symbole du poids en physique est la lettre P, donc la flèche qui représente la force du poids d'un corps est indiquée en plaçant la lettre P à côté d'elle.

Comme il s'agit d'une force, l'unité de mesure du poids est le newton et s'exprime par la lettre N. Par exemple, le poids d'une personne pesant 50 kg est d'environ 490 N.

Comment calculer le poids en physique

En physique, la formule du poids d'un corps est égale à la masse dudit corps multipliée par la gravité de l'étoile qui exerce la force gravitationnelle. Par conséquent, pour calculer la force de poids avec laquelle une planète attire un corps, la masse du corps doit être multipliée par la gravité de la planète.

Ainsi, la formule utilisée pour calculer le poids d’un objet est :

Gardez à l'esprit que la gravité sur Terre est de 9,81 m/s ² .

Voir la démonstration de la formule de poids

Pour démontrer la formule de la force du poids, nous partirons de l'expression algébrique qui nous permet de calculer la force gravitationnelle exercée par n'importe quel corps sur n'importe quel autre corps :

$F=G\cdot \cfrac{M\cdot m}{r^2}$

Cependant, la formule de la gravité est précisément la constante de gravitation universelle (G) multipliée par la masse du corps céleste (M) divisée par le carré de la distance entre le centre du corps céleste et sa surface (r ² ) :

$g=\cfrac{G\cdot M}{r^2}$

Ainsi, en substituant une expression par une autre, nous arrivons à la formule de poids :

$F=G\cdot \cfrac{M\cdot m}{r^2}$

$F=\cfrac{G\cdot M}{r^2}\cdot m$

$F=g\cdot m$

Différence entre poids et masse

Le poids et la masse sont deux concepts différents en physique. La masse est la quantité de matière que possède un corps et se mesure en kilogrammes (kg), tandis que le poids est la force gravitationnelle qu'une étoile exerce sur un corps et son unité de mesure est le newton (N).

Par exemple, une personne pesant 70 kg a un poids sur Terre de 686,7 N. Cependant, le poids de cette même personne sur la Lune est de 113,4 N bien que sa masse reste identique.

Par conséquent, lorsque nous demandons « Combien pesez-vous ? » Pour connaître la masse de quelqu'un, nous devrions en fait demander « Quelle est votre masse ? »

Une autre différence entre le poids et la masse réside dans l'instrument nécessaire pour mesurer la propriété. Le poids est mesuré à l'aide d'un dynamomètre, tandis que la masse est mesurée avec une balance.

De plus, la masse est un nombre simple, mais le poids est un vecteur car c’est une force. Ainsi, comme tout vecteur, le poids a une direction, un sens, une ampleur et un point d’application.

Exercices de poids résolus

Exercice 1

Calculez le poids sur Terre d'un objet dont la masse est de 45 kg. Utilisez la valeur g=9,81 m/s ² comme gravité terrestre.

voir la solution

Pour déterminer le poids d'un objet, il suffit d'appliquer la formule correspondante, qui est :

$P=m\cdot g$

Maintenant, nous substituons les données de la masse de l'objet et de la gravité terrestre dans la formule et calculons le poids :

$P=45\cdot 9,81=441,45 \N$

Exercice 2

Le poids d'un corps sur Terre est de 650 N, quelle est la masse équivalente de ce poids sur Mars ? Faits : La gravité sur Mars est de 3 721 m/s ² .

voir la solution

Pour résoudre ce problème physique concernant le poids, nous devons utiliser la formule expliquée ci-dessus :

$P=m\cdot g$

Dans ce cas, nous connaissons la valeur du poids et de la gravité et nous voulons connaître la masse du corps, nous résolvons donc d'abord la masse de la formule :

$m=\cfrac{P}{g}$

Et enfin, nous substituons les données dans la formule pour trouver la masse d'un poids de 650 N sur Mars :

$m=\cfrac{650}{3.721}=174,68 \ kg$

Exercice 3

Étant donné un corps rigide d'une masse de 12 kg suspendu par deux cordes dont les angles sont indiqués dans la figure suivante, calculez la force que chaque corde doit exercer pour maintenir le corps en équilibre.

problème de la première condition d'équilibre

voir la solution

La première chose que nous devons faire pour résoudre ce type de problème est de dessiner le diagramme du corps libre de la figure :

exercice résolu de la première condition d'équilibre

Notez qu'il n'y a en réalité que trois forces agissant sur le corps suspendu, la force du poids P et les tensions des cordes T ₁ et T ₂ . Les forces représentées T _1x , T _1y , T _2x et T _2y sont les composantes vectorielles de T ₁ et T ₂ respectivement.

Ainsi, puisque l'on connaît les angles d'inclinaison des cordes, on peut trouver les expressions des composantes vectorielles des forces de tension :

$T_{1x}=T_1\cdot \text{cos}(20º)$

$T_{1y}=T_1\cdot \text{sin}(20º)$

$T_{2x}=T_2\cdot \text{cos}(55º)$

$T_{2y}=T_2\cdot \text{sin}(55º)$

D'un autre côté, nous pouvons calculer la force du poids en appliquant la formule de la force gravitationnelle :

$P=m\cdot g=12\cdot 9,81 =117,72 \ N$

L’énoncé du problème nous dit que le corps est en équilibre, donc la somme des forces verticales et la somme des forces horizontales doivent être égales à zéro. Nous pouvons donc établir les équations de force et les mettre égales à zéro :

$-T_{1x}+T_{2x}=0$

$T_{1y}+T_{2y}-P=0$

On remplace maintenant les composantes des tensions par leurs expressions trouvées précédemment :

$-T_1\cdot\text{cos}(20º)+T_2\cdot \text{cos}(55º)=0$

$T_1\cdot \text{sin}(20º)+T_2\cdot \text{sin}(55º)-117.72=0$

Et, enfin, on résout le système d'équations pour obtenir la valeur des forces T ₁ et T ₂ :

$\left.\begin{array}{l}-T_1\cdot 0,94+T_2\cdot 0,57=0\\[2ex]T_1\cdot 0,34+T_2\cdot 0,82-117 .72=0\end{array }\right\} \longrightarrow \ \begin{array}{c}T_1=69,56 \ N\\[2ex]T_2=114,74 \ N\end{array}[/ latex] <div class="wp-block-otfm-box-spoiler-end otfm-sp_end"></div><h3 class="wp-block-heading"> Exercice 4</h3> Comme le montre la figure suivante, deux objets sont reliés par une corde et une poulie de masses négligeables. Si l'objet 2 a une masse de 7 kg et que l'inclinaison de la rampe est de 50º, calculez la masse de l'objet 1 pour que l'ensemble du système soit dans des conditions d'équilibre. Dans ce cas, la force de frottement peut être négligée. <div class="wp-block-image"><figure class="aligncenter size-full is-resized"><img decoding="async" loading="lazy" src="https://physigeek.com/wp-content/uploads/2023/09/probleme-dequilibre-des-forces.png" alt="problème d'équilibre translationnel" class="wp-image-295" width="299" height="240" srcset="https://physigeek.com/wp-content/uploads/2023/09/probleme-dequilibre-des-forces-300x241.png 300w, https://physigeek.com/wp-content/uploads/2023/09/probleme-dequilibre-des-forces.png 718w" sizes="(max-width: 300px) 100vw, 300px"></figure></div><div class="wp-block-otfm-box-spoiler-start otfm-sp__wrapper otfm-sp__box js-otfm-sp-box__closed otfm-sp__FFF8E1" role="button" tabindex="0" aria-expanded="false" data-otfm-spc="#FFF8E1" style="text-align:center"><div class="otfm-sp__title"> <strong>Voir la solution</strong></div></div> Le corps 1 est sur une pente inclinée, donc la première chose à faire est de vectoriser la force de son poids pour avoir les forces sur les axes de la pente : [latex]P_{1x}=P_1\cdot \text{sin}(\alpha)$

$P_{1y}=P_1\cdot \text{cos}(\alpha)$

Ainsi, l’ensemble des forces qui agissent sur l’ensemble du système sont :

exercice d'équilibre translationnel résolu

L’énoncé du problème nous dit que le système de forces est en équilibre, donc les deux corps doivent être en équilibre. A partir de ces informations nous pouvons proposer les équations d’équilibre des deux corps :

$1\ \rightarrow \ \begin{cases}P_{1x}=T\\[2ex]P_{1y}=N\end{cases} \qquad\qquad 2 \ \rightarrow \ T=P_2[/latex ] Ainsi, la composante du poids de l'objet 1 incliné dans le sens de la pente doit être égale au poids de l'objet 2 : [latex]P_{1x}=P_2$