Gravité vs Masse Guide

Aperçu

La gravité est la force subie par les objets en raison de l'attraction terrestre. C'est la force avec laquelle nous sommes le plus familiers dans notre vie : les pommes mûres tombant au sol et l'eau s'écoulant vers le bas sont toutes des effets de la gravité. Cette expérience vise à étudier quantitativement s'il existe une relation proportionnelle fixe entre la gravité d'un objet et sa masse en suspendant différents nombres de masses à crochet sur un dynamomètre à ressort.

Contexte

• 1687 : Isaac Newton a proposé la loi de la gravitation universelle dans 'Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica', expliquant pourquoi les pommes tombent et pourquoi les planètes orbitent autour du soleil.
• Newton a souligné : Il existe une force gravitationnelle entre deux objets. La gravité à la surface de la Terre est en fait (une composante de) la force gravitationnelle de la Terre sur les objets.
• Il a également clairement distingué les concepts de 'Masse' (une mesure de l'inertie) et de 'Poids' (une mesure de la force gravitationnelle).

Concepts clés

Formules et dérivation

Étapes de l'expérience

1. 1

   Étalonnage à zéro

   Lorsqu'aucune masse à crochet n'est attachée, observez si l'aiguille du dynamomètre à ressort pointe vers la ligne d'échelle zéro (calibrée automatiquement avant le début de l'expérience).
2. 2

   Chargement séquentiel

   Cliquez sur 'Ajouter 50g' ou 'Ajouter 100g'. Chaque fois que vous en suspendez une, lisez la valeur en Newton (N) affichée sur le dynamomètre.
3. 3

   Enregistrement et calcul

   Observez le tableau à droite. Divisez la gravité mesurée $G$ par la masse $m$ (faites attention à la conversion des unités, 100g = 0.1kg) pour calculer le rapport $G/m$.
4. 4

   Traçage du graphique

   Observez les changements dans le graphique $G-m$. Si ces points expérimentaux sont répartis sur une ligne droite passant par l'origine, cela indique une relation proportionnelle directe entre eux.
5. 5

   Contraste multi-environnement

   Passez à l'environnement 'Lune'. Répétez les étapes ci-dessus pour voir comment la gravité agissant sur un objet de même masse change sur la Lune.

Objectifs d'apprentissage

• Confirmer la relation proportionnelle directe entre la gravité et la masse, et maîtriser la formule $G = mg$.
• Comprendre la signification de la constante gravitationnelle $g$ et son unité $\text{N/kg}$.
• Apprendre à traiter les données expérimentales en utilisant la méthode graphique et analyser intuitivement les lois entre les grandeurs physiques.
• Réaliser que la grandeur de la gravité est affectée par l'environnement (différentes planètes), tandis que la masse reste constante.

Applications réelles

• Balances : Les balances électroniques sur le marché mesurent en fait la pression (gravité), puis la convertissent en masse via $1/g$ pour l'afficher à l'utilisateur.
• Génie civil : Le poids propre des matériaux doit être calculé avec précision lors de la conception des ponts et des immeubles de grande hauteur pour assurer la sécurité structurelle.
• Exploration spatiale : Les astronautes sont en état d'apesanteur dans l'espace, non pas parce que la gravité disparaît, mais parce que la gravité agit entièrement comme force centripète en raison de l'orbite à grande vitesse.

Idées reçues

Lectures complémentaires

• Gravity - Wikipedia
• Khan Academy - Mass and Weight