La masse représente la quantité de matière d’une substance ou d’un objet. Elle se mesure généralement en grammes |(\text{g}).|
Pour mesurer la masse d’une substance ou d’un objet, on utilise une balance. En voici deux modèles.
Le gramme |(\text{g})| est l’unité de base de la masse, mais il existe d’autres unités pour l’exprimer. Voici un tableau des unités de mesure les plus courantes pour la masse.
| Préfixe | kilo- | hecto- | déca- | déci- | centi- | milli- | |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Unité de masse | kilogramme |(\text{kg})| |
hectogramme |(\text{hg})| |
décagramme |(\text{dag})| |
gramme |(\text{g})| |
décigramme |(\text{dg})| |
centigramme |(\text{cg})| |
milligramme |(\text{mg})| |
| Valeur équivalente à |1\ \text{g}| | |0{,}001\ \text{kg}| | |0{,}01\ \text{hg}| | |0{,}1\ \text{dag}| | |1\ \text{g}| | |10\ \text{dg}| | |100\ \text{cg}| | |1\ 000\ \text{mg}| |
Le choix de l’unité de mesure est basé sur l’objet à mesurer. Il faut choisir l’unité qui permet d’avoir une valeur qui ne soit ni trop grande ni trop petite.
-
La masse de cette mouche est de |0{,}015\ \text{g}.|
Il est préférable d’utiliser le milligramme.
La masse de cette mouche est de |15\ \text{mg}.|
AvishekS, Shutterstock.com
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La masse d’une de ces boites de mouchoirs est de |175\ \text{g}.|
Le gramme est l’unité qui convient.
Africa Studio, Shutterstock.com
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La masse de cette boule de quilles est de |5\ 450\ \text{g}.|
Il est préférable d’utiliser le kilogramme.
La masse de cette boule de quilles est de |5{,}450\ \text{kg}.|
Aleksandar Karanov, Shutterstock.com
La masse d’une substance varie en fonction de la quantité de matière qu’elle contient. Cette matière occupe aussi un espace, un volume.
À tort, on a tendance à croire que plus un objet est volumineux, plus sa masse est grande, mais ce n’est pas toujours le cas.
Pour comparer la masse de différentes substances ayant le même volume, il faut savoir de quelles substances il s’agit.
Lors du transport d’une boite pleine de livres et d’une autre boite identique, pleine de plumes, on constate que la boite de plumes est beaucoup plus légère que la boite de livres.
Les deux boites ont le même volume, mais des masses différentes puisqu’elles ne contiennent pas la même substance.
En laboratoire, on mesure la masse de |100{,}0\ \text{mL}| d’eau et la masse de |100{,}0\ \text{mL}| d’huile végétale à base de palme. On obtient les données suivantes.
| Substance | Volume |(\text{mL})| |
Masse |(\text{g})| |
|---|---|---|
| Eau | |100{,}0| | |100{,}0| |
| Huile végétale à base de palme | |100{,}0| | |92{,}5| |
Même si les deux substances ont le même volume, leur composition chimique diffère. Le nombre d’atomes, les types d’atomes et la distance entre les molécules font varier la masse volumique des substances.
Par exemple, l’eau est une petite molécule constituée de 3 atomes : 2 hydrogènes et 1 oxygène. L’acide palmitique (composant de l’huile végétale à base de palme) est une grosse molécule constituée de 50 atomes : 32 hydrogènes, 16 carbones et 2 oxygènes.
Puisque les molécules d’eau et d’huile végétale à base de palme sont très différentes, ces deux substances n’auront pas les mêmes propriétés. Ainsi, l’eau et l’huile n’ont pas la même quantité de matière pour un même volume.
Au final, il y a moins de matière dans |100{,}0\ \text{mL}| d’huile végétale à base de palme que dans |100{,}0\ \text{mL}| d’eau. C’est ce qui explique que leur masse est différente.
Le poids d’un objet représente la mesure de la force avec laquelle la Terre (ou un autre astre) l’attire vers elle. Le poids se mesure en newtons |(\text{N}).|
Pour déterminer le poids d’un objet, on utilise un dynamomètre.
Muni d’un ressort, le dynamomètre s’allonge lorsqu’on y suspend un objet. Plus le ressort est allongé, plus le poids est grand.
On retrouve des graduations sur le tube transparent, ce qui permet de faire la lecture du poids en newtons.
sommemambuler, Shutterstock.com
Le poids d’un objet dépend de :
-
la masse de l’objet : plus la masse est grande, plus le poids est grand;
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l’intensité du champ gravitationnel de l’astre sur lequel il se trouve : plus le champ gravitationnel est intense, plus le poids de l’objet est grand.
Le tableau suivant présente l’intensité du champ gravitationnel à la surface de quelques astres du système solaire.
| Astre | Intensité du champ gravitationnel |(\text{N/kg})| |
|---|---|
| Soleil | |274| |
| Lune | |1{,}62| |
| Mercure | |3{,}70| |
| Vénus | |8{,}87| |
| Terre | |9{,}81| |
| Mars | |3{,}72| |
| Jupiter | |24{,}79| |
| Saturne | |10{,}44| |
| Uranus | |8{,}87| |
| Neptune | |11{,}15| |
La masse d’un objet correspond à sa quantité de matière. Celle-ci est fixe peu importe sur quel astre l’objet se situe. Concernant le poids, il faut tenir compte de l’intensité du champ gravitationnel de l’astre sur lequel l’objet se situe.
Cette balle de tennis de |45{,}0\ \text{g}| a toujours la même quantité d’atomes peu importe où elle se situe dans l’espace.
Le poids de la balle de tennis sur la Terre est de |0{,}441\ \text{N}.|
La Lune n’attire pas la balle de tennis avec autant de force que la Terre, car son champ gravitationnel est plus faible.
Le poids de la balle de tennis est plus petit sur la Lune, soit |0{,}0729\ \text{N}.|
La masse de la balle de tennis, soit |45{,}0\ \text{g},| est inchangée.
La planète Jupiter attire la balle de tennis avec une plus grande force que la Terre, car son champ gravitationnel est plus intense.
Le poids de la balle de tennis est plus grand sur Jupiter, soit |1{,}12\ \text{N}.|
La masse de la balle de tennis, soit |45{,}0\ \text{g},| est inchangée.
Afin de calculer le poids d’un objet, on utilise la formule suivante.
||F_g=mg||
où
|F_g| représente le poids (mesure de la force gravitationnelle) en newtons |(\text{N})|
|m| représente la masse en kilogrammes |(\text{kg})|
|g| représente l’intensité du champ gravitationnel en newtons/kilogramme |(\text{N/kg})|
Un dauphin de |150\ 000\ \text{g}| nage dans l’océan.
Quel est le poids de ce dauphin?
Puisque le dauphin nage dans l’océan, on peut en déduire que cette situation se déroule sur la planète Terre et qu’on utilisera l’intensité de son champ gravitationnel |(g_{Terre}=9{,}81\ \text{N/kg})|.
D’abord, on identifie les données.
|\begin{align}
&F_g=?\ \text{N}\\
&m=150\ 000\ \cancel{\text{g}} \times \dfrac{1\ \text{kg}}{1\ 000\ \cancel{\text{g}}}=150{,}000\ \text{kg}\\
g&=9{,}81\ \text{N/kg} \end{align}|
On identifie ensuite la formule à utiliser et on remplace les données.
|\begin{align}
F_g&=mg\\
F_g&=150{,}000\ \text{kg} \times 9{,}81\ \text{N/kg}\\
F_g&=1\ 471{,}5\ \text{N}
\end{align}|
Le poids du dauphin est de |1\ 471{,}5\ \text{N}| ou d'environ |1{,}47\times10^3\ \text{N}| en tenant compte des chiffres significatifs.
Le véhicule astromobile Perseverance a un poids de |10\ 300\ \text{N}| sur la Terre.
Quel est le poids de Perseverance sur Mars |(g_{Mars} = 3{,}72\ \text{N/kg})|?
Dima Zel, Shutterstock.com
Dans cette situation, il faut trouver la masse du véhicule astromobile puisque celle-ci est identique sur la Terre et sur Mars. Cette masse sera ensuite utilisée pour déterminer le poids du véhicule astromobile sur Mars.
D’abord, on identifie les données.
|\begin{align}
F_{g\ Terre}&= 10\ 300\ \text{N}\\
m&=?\ \text{kg}\\
g_{Terre}&=9{,}81\ \text{N/kg}
\end{align}|
On identifie ensuite la formule à utiliser, on isole la variable |m| et on remplace les données.
|\begin{align}
F_{g\ Terre}&=mg_{Terre}\\
m&=\dfrac{F_{g\ Terre}}{g_{Terre}}\\
m&=\dfrac{10\ 300\ \text{N}}{9{,}81\ \text{kg}}\\
m&\approx1\ 050\ \text{kg}
\end{align}|
Maintenant qu’on connait la masse du véhicule astronomique, on peut trouver |F_{g\ Mars}.|
D’abord, on identifie les données.
|\begin{align}
F_{g\ Mars}&= ?\ N\\
m&\approx1\ 050\ \text{kg}\\
g_{Mars}&=3{,}72\ \text{N/kg}
\end{align}|
On identifie ensuite la formule à utiliser et on remplace les données.
|\begin{align}
F_{g\ Mars}&=mg_{Mars}\\
F_{g\ Mars}&=1\ 050\ \text{kg} \times 3{,}72\ \text{N/kg}\\
F_{g\ Mars}&\approx3\ 906\ \text{N}
\end{align}|
Le poids de Perseverance sur Mars est d'environ |3\ 906\ \text{N}| ou |3{,}91\times10^3\ \text{N}| en tenant compte des chiffres significatifs.
Cette valeur est cohérente puisque le poids de Perseverance sur Mars est plus petit que son poids sur la Terre, où le champ gravitationnel est plus élevé.
Dans le vide, deux corps auront tendance à s’approcher jusqu’à entrer en collision. C’est la force gravitationnelle qui les attire l’un vers l’autre.
La force gravitationnelle est le phénomène de réaction physique qui cause l’attraction mutuelle entre deux corps. La grandeur de cette force dépend de la masse des corps et de la distance qui les sépare. La force gravitationnelle varie de la façon suivante :
-
Plus la masse des corps est grande, plus la force gravitationnelle entre eux est grande;
-
Plus les corps sont près l’un de l’autre, plus la force gravitationnelle entre eux est grande.
Par leur masse, les corps tendent à déformer l’espace-temps, ce qui entraine leur attraction.
L’image ci-contre représente la déformation de l’espace-temps (surface quadrillée) par trois boules. La boule la plus massive déforme davantage l’espace-temps.
