Poids

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Poids
Ic√īne de paronymie Cet article poss√®de des paronymes, voir : Poa, Poi, Pois (homonymie) et Poix.
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Le poids est la force de pesanteur, d'origine gravitationnelle et inertielle, exerc√©e par la Terre sur un corps massique en raison uniquement du voisinage de la Terre[1]. Elle est √©gale √† l'oppos√© de la r√©sultante des autres forces appliqu√©es au centre de gravit√© du corps lorsque celui-ci est immobile dans le r√©f√©rentiel terrestre. Cette force est la r√©sultante des efforts dus √† la gravit√© et √† la force d'inertie d'entra√ģnement due √† la rotation de la Terre sur elle-m√™me. Elle s'applique au centre de gravit√© du corps et sa direction d√©finit la verticale qui passe approximativement par le centre de la Terre. Le poids est une action √† distance toujours proportionnelle √† la masse.

En toute rigueur le poids n'est défini que dans le référentiel terrestre et ne prend en compte que les effets gravitationnels et inertiels. Néanmoins, lorsqu'on prend également en compte d'autres forces telles que de la poussée d'Archimède par exemple, ou qu'on étudie l'équilibre d'un corps dans un référentiel en mouvement dans le référentiel terrestre, on parle alors de poids apparent.

Sommaire

Définition

Définition légale

D'apr√®s le BIPM[2] :

  1. Le terme poids d√©signe une grandeur de la m√™me nature qu'une force ; le poids d'un corps est le produit de la masse de ce corps par l'acc√©l√©ration de la pesanteur ; en particulier, le poids normal d'un corps est le produit de la masse de ce corps par l'acc√©l√©ration normale de la pesanteur ;
  2. Le nombre adopt√© dans le Service international des Poids et Mesures pour la valeur de l'acc√©l√©ration normale de la pesanteur est 980,665 cm/s¬≤, nombre sanctionn√© d√©j√† par quelques l√©gislations.

Définition expérimentale

Le poids d'un corps (de masse m) est la force de pesanteur exerc√©e sur lui et qui s'oppose √† la force r√©sultante de celles qui le maintiennent √† l'√©quilibre dans le r√©f√©rentiel terrestre (c‚Äôest-√†-dire, li√© √† l'objet solide Terre en rotation). Cette d√©finition fait que sa d√©termination exp√©rimentale est ais√©e, par exemple √† l'aide d'un fil √† plomb maintenu √† l'√©quilibre : le poids est d√©fini comme l'oppos√© de la tension du fil et sa direction est celle du fil[3]. La direction du fil d√©finit la verticale.

D'une mani√®re g√©n√©rale le poids est la somme de l'attraction universelle des autres masses et de la force d'inertie d'entra√ģnement due au fait que le r√©f√©rentiel terrestre n'est pas un r√©f√©rentiel galil√©en. Quel que soit le corps, le rapport du poids (\vec{P}) √† sa masse (m) est identique et not√© \vec{g} : \vec{P} = m \cdot \vec{g} o√Ļ \vec{g} est l'acc√©l√©ration de la pesanteur (g = || \vec g || est en unit√© m.s-2, qui est l'unit√© de l'acc√©l√©ration).

Sur Terre, cette acc√©l√©ration est d'environ 9,81 m/s¬≤. Les √©carts (toujours locaux) entre le champ de pesanteur th√©orique et le champ mesur√© sont appel√©s des anomalies de pesanteurs. Le poids P s'exprime en newton (N) et la masse m √©tant en kilogramme (kg). Ainsi, une masse de 100 g (0,1 kg) a un poids d'environ 1 N, une masse de 1 kg a un poids d'environ 10 N, une masse de 10 kg a un poids d'environ 100 N. C'est la raison pour laquelle, dans les domaines techniques, on travaille souvent en d√©canewtons (daN) : un objet de 1 kg a un poids d'environ 1 daN ; auparavant, on utilisait le kilogramme-force (kgf), unit√© d√©su√®te.

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

Le poids est une force, son intensité s'exprime donc en newton (N), ou éventuellement en décanewton (daN) ou kilonewton (kN). Dans le langage courant, on assimile le poids à la masse et on l'exprime de manière erronée en kilogramme. 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), sa masse n'en dépend pas.

Remarques

La masse m s'exprimant en kilogramme (kg), le poids est une force et possède donc comme unité le newton (symbole N), et l'accélération g sera indifféremment exprimée en N/kg ou en m/s².

La non-distinction entre masse et poids dure jusqu'au XIXe si√®cle,[r√©f. n√©cessaire] et perdure dans le langage courant. Par exemple : ¬ę la masse corporelle d'une personne ¬Ľ est usuellement appel√©e son ¬ę poids ¬Ľ. Il en r√©sulte une difficult√© p√©dagogique, au moment o√Ļ cette distinction est enseign√©e. L'adoption du Syst√®me international (S.I.) a permis gr√Ęce √† la suppression de l'unit√© kilogramme-poids de r√©soudre partiellement cette difficult√©, mais on utilise fr√©quemment le d√©canewton (daN) pour retrouver cette √©quivalence masse-poids sur Terre.

L'acc√©l√©ration de pesanteur g est l'objet d'√©tude de la gravim√©trie. Elle varie en tout point de la Terre, essentiellement diminuant du p√īle (9,83 m/s¬≤) √† l'√©quateur (9,78 m/s¬≤). En France, on prend conventionnellement la valeur de g √† Paris, soit environ :[r√©f. n√©cessaire]

g = 9,81 m/s¬≤.

Calcul approché du poids terrestre

Sachant que le rayon R de la Terre est √©gal √† 6 380 km et sa masse M √† 5,98x1024 kg, on peut d√©terminer une valeur approch√©e de la constante g qui s'exerce sur un objet quelconque de masse m en ne tenant compte que de l'attraction gravitationnelle de la Terre et en n√©gligeant la force d'inertie d'entra√ģnement :

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

On rappelle que G est la constante universelle de gravitation.

Poids apparent

Il existe principalement deux situations dans lesquelles la notion de poids apparent est pertinente :

  • en cas de pouss√©e d'Archim√®de non n√©gligeable,
  • en cas d'√©tude dans un r√©f√©rentiel en mouvement acc√©l√©r√© ou en mouvement de rotation dans le r√©f√©rentiel terrestre et n√©cessitant la prise en compte, d'une force d'inertie d'entra√ģnement suppl√©mentaire ; c'est le cas par exemple d'une √©tude dans un r√©f√©rentiel li√© au cockpit d'un avion ou √† l'habitacle d'une voiture.

Le poids apparent d'un objet correspond au poids indiqu√© par un peson (dynamom√®tre) (ou tout autre instrument appropri√© √† la mesure d'une force), quand ce poids n'est pas identique au poids ¬ę r√©el ¬Ľ de l'objet, d√©fini comme la force due √† la pesanteur[4].

Exemples

Poussée d'Archimède

Par exemple, si l'on pesait un objet sous l'eau, la pouss√©e d'Archim√®de ferait para√ģtre l'objet plus l√©ger et le poids mesur√© serait inf√©rieur au poids r√©el. √Čvidemment, dans la vie quotidienne, quand on p√®se un objet, la pouss√©e d'Archim√®de exerc√©e par l'air ambiant est √† toutes fins utiles n√©gligeable.

Référentiel accéléré

Pesons un objet en le suspendant √† un dynamom√®tre. Il sera effectivement soumis √† deux forces : son poids, orient√©[5] vers le bas, et la force exerc√©e par le dynamom√®tre, orient√©e vers le haut. Quand l'objet n'acc√©l√®re pas, les deux forces ont la m√™me grandeur et le dynamom√®tre indique le poids r√©el de l'objet. Toutefois, si l'on effectue la mesure dans un ascenseur pendant que celui-ci se met en mouvement vers le haut, la force exerc√©e par le dynamom√®tre sera sup√©rieure au poids (du moins aux yeux d'un observateur immobile situ√© √† l'ext√©rieur de l'ascenseur), conform√©ment √† la deuxi√®me loi du mouvement de Newton :

F ‚Äď P = ma ,

o√Ļ F est la force exerc√©e par le dynamom√®tre, P le poids de l'objet et a l'acc√©l√©ration de l'ascenseur (et du dynamom√®tre).

√Čtant donn√© que le poids indiqu√© par le dynamom√®tre correspond √† l'intensit√© F de la force qu'exerce sur lui l'objet √† peser[6] (cette force √©tant la r√©action √† la force que le dynamom√®tre exerce sur l'objet), ce poids ¬ę apparent ¬Ľ est sup√©rieur au poids r√©el (F > P, car a > 0).

Pour un observateur situ√© dans l'ascenseur, l'objet √† peser appara√ģt √©videmment immobile. En ce cas, pour expliquer que la force exerc√©e par le dynamom√®tre est sup√©rieure au poids r√©el de l'objet, on doit faire intervenir une force d'inertie orient√©e vers le bas.

Le poids normal d'une personne de 70 kg soumise √† l'acc√©l√©ration de la pesanteur g = 9,8 m/s¬≤ est √©gal √† mg, vaut (70 kg) (9,8 m/s¬≤) = 686 N.

Dans un ascenseur qui d√©c√©l√®re √† 2 m/s¬≤, la personne est soumise √† deux forces : d'une part son poids r√©el P, orient√© vers le bas, et d'autre part la r√©action N, orient√©e vers le haut, exerc√©e sur elle par le plancher de l'ascenseur (ou le p√®se-personne sur lequel elle se tient). Quand l'ascenseur freine, son acc√©l√©ration est orient√©e dans le sens oppos√© √† la vitesse, c'est-√†-dire en l'occurrence vers le bas.

En orientant l'axe de r√©f√©rence vers le haut, on √©crira donc, conform√©ment √† la deuxi√®me loi de Newton :

N ‚Äď P = m(‚Äďa)
N ‚Äď mg = ‚Äďma
N = mg ‚Äď ma
N = m (g ‚Äď a)
N = (70 kg) [(9,8 m/s¬≤) ‚Äď (2 m/s¬≤)] = 546 N

On obtient un poids apparent de 546 N, inf√©rieur au poids r√©el.

Impesanteur

L'√©tat d'impesanteur exp√©riment√© par les spationautes est d√Ľ √† la rotation de leur habitacle spatial autour de la Terre. Quand ce mouvement de rotation est important la force d'inertie ressentie par les astronautes peut annuler leur poids apparent, bien que leur poids r√©el, √† 386 km d'altitude, ne soit qu'environ 11 % plus faible que sur Terre.

Comme source d'énergie

Article d√©taill√© : √Čnergie potentielle de gravit√©.

La descente de poids permet d'actionner un mécanisme tel qu'un automate ou une horloge. Ce type de dispositif a été remplacé par un ressort moteur, mais est toujours utilisé pour produire de l'électricité (barrage hydroélectrique).

Autres significations

Abus de langage

Par abus de langage, le mot ¬ę poids ¬Ľ est couramment utilis√© comme synonyme de la masse (exemple : Son poids est de 70 kg est faux, la bonne ¬ę formule ¬Ľ serait Sa masse est de 70 kg). En physique, le mot ¬ę poids ¬Ľ est souvent utilis√© pour d√©signer la force de pesanteur exerc√©e par la Terre sur un objet, la pouss√©e d'Archim√®de dans l'air √©tant n√©gligeable dans de nombreux cas.

Mathématiques

Le poids, en mathématiques, 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 troisi√®me position en partant de la droite), tandis que le second '1' √† un poids unit√© (premi√®re position en partant de la droite). L'association des deux forme la valeur 101.

Le poids est aussi le coefficient ou pond√©ration affect√© √† un point dans un barycentre (en r√©f√©rence √† la physique o√Ļ le barycentre fait appel aux masses)

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

Informatique

En informatique, les termes relatifs au poids d'un solide sont également parfois employés par analogie avec la taille d'un fichier (poids d'un fichier, fichier lourd, fichier léger), et la consommation des ressources d'un processus (processus léger).

Notes et références

  1. ‚ÜĎ √Člie L√©vy, Dictionnaire de physique, Presses universitaires de France, Paris, 1988, page 623
  2. ‚ÜĎ ¬ę R√©solution de la 3e r√©union de la CGPM (1901). D√©claration relative √† l'unit√© de masse et √† la d√©finition du poids ; valeur conventionnelle de gn ¬Ľ, BIPM.
  3. ‚ÜĎ √Člie L√©vy, Dictionnaire de physique, Presses universitaires de France, Paris, 1988, page 601
  4. ‚ÜĎ La notion de pesanteur terrestre inclut une correction qui tient compte du mouvement de rotation de la Terre.
  5. ‚ÜĎ Le poids, comme toute force, est une quantit√© vectorielle qui poss√®de une orientation dans l'espace, c'est-√†-dire une direction et un sens.
  6. ‚ÜĎ √Ä condition, quand le dynamom√®tre est lui-m√™me soumis √† une acc√©l√©ration, que la masse du ressort soit n√©gligeable.

Voir aussi

Articles connexes

Lien externe



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  • poids ‚ÄĒ POIDS. s. m. Qualit√© de ce qui est lourd. Le poids d un fardeau. un fardeau d un grand poids. estre accabl√© sous le poids d un fardeau. On dit fig. Porter tout le poids du jour & de la chaleur, pour dire, Supporter, souffrit toutes les… ‚Ķ   Dictionnaire de l'Acad√©mie fran√ßaise

  • Poids ‚ÄĒ (fr., spr. Poa), so v.w. Gewicht; P. de fer, Schwergewicht; P. de marc, Markgewicht ‚Ķ   Pierer's Universal-Lexikon

  • Poids ‚ÄĒ (franz., spr. pŇęa), Gewicht, Gewichtgattung; P. de fer, ¬ĽEisengewicht¬ę, schwerer als das P. de marc, ¬ĽMarkgewicht¬ę, das fr√ľhere Normalgewicht ‚Ķ   Meyers Gro√ües Konversations-Lexikon

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  • poids ‚ÄĒ (po√ģ ; l s se lie : un po√ģ z √©norme) s. m. 1¬į¬†¬†¬†Qualit√© de ce qui est pesant. ‚Äʬ†¬†¬†Ces dieux que vous portiez dans vos solennit√©s lassent par leur grand poids les b√™tes qui les emportent, SACI Bible, Isa√Įe, XLVI, 1. ‚Äʬ†¬†¬†La Salle, B√©ringhen, Nogent ‚Ķ   Dictionnaire de la Langue Fran√ßaise d'√Čmile Littr√©

  • POIDS ‚ÄĒ s. m. Pesanteur, qualit√© de ce qui est pesant. Le poids d un fardeau. Un fardeau de grand poids, d un poids consid√©rable. Le poids de l eau, de l air, de l or, etc. Ce m√©tal a perdu de son poids par la fusion. L eau dont cette substance est… ‚Ķ   Dictionnaire de l'Academie Francaise, 7eme edition (1835)

  • POIDS ‚ÄĒ n. m. Pesanteur, qualit√© de ce qui est pesant. Le poids d‚Äôun fardeau. Un fardeau de grand poids, d‚Äôun poids consid√©rable. Le poids de l‚Äôeau, de l‚Äôair, de l‚Äôor, etc. Tomber de tout son poids, Tomber tout d‚Äôun coup et sans que rien amortisse la… ‚Ķ   Dictionnaire de l'Academie Francaise, 8eme edition (1935)

  • poids ‚ÄĒ nm., pesanteur : PAI (Aix, Albanais.001, Albertville, Annecy, Arvillard, Balme Si., Conflans, Cordon, Juvigny, Samo√ęns, Saxel.002, Th√īnes), p√© (Demi Quartier, Montricher), p√®y (St Martin Porte), p√Ę (Beaufort), R.5. A1) poids (de l horloge) : m√Ęro ‚Ķ   Dictionnaire Fran√ßais-Savoyard

  • poids ‚ÄĒ n.m. √āge. Faire le poids, avoir atteint l √Ęge de la majorit√© l√©gale. Faux poids, fille mineure (prost.). / Avoir du poids, avoir de l exp√©rience, de l influence. Un poids mort, un individu inutile et encombrant ‚Ķ   Dictionnaire du Fran√ßais argotique et populaire


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