1

Cours de chimie-physique pour les classes de 8e

– Classes d’insertion –

version : 1er mai 2005

2

Sommaire

Sommaire ..................................................................................................................................... 2 Objet – Forme – Substance .......................................................................................................... 3 Propriétés des substances ............................................................................................................. 3 Signalisation des produits dangereux........................................................................................... 5 États d’agrégation......................................................................................................................... 6 Solubilité .................................................................................................................................... 11 Conductibilité thermique............................................................................................................ 13 Circuit électrique ........................................................................................................................ 14 Conducteurs – Isolants ............................................................................................................... 16 Court-circuit ............................................................................................................................... 18 Coupe-circuit.............................................................................................................................. 19 Processus physiques et chimiques.............................................................................................. 20 Chimie – Physique ..................................................................................................................... 24 Combustions............................................................................................................................... 25 Composition de l’air................................................................................................................... 28 Oxygène ..................................................................................................................................... 30 Cycle de l’oxygène..................................................................................................................... 31 Grandeurs physiques et leurs unités de mesure.......................................................................... 32 Transformation d’unités ............................................................................................................. 34 Force........................................................................................................................................... 35 Effets d’une force ....................................................................................................................... 36 Force de pesanteur...................................................................................................................... 38 Mesure de la force ...................................................................................................................... 39 Poids et Masse............................................................................................................................ 42 Masse volumique ....................................................................................................................... 48 Ce manuel est basé sur l’ouvrage Physik-Chemie 8e, édité par le Ministère de l’Éducation Nationale, de la Formation Professionnelle et des Sports (Édition 2004 – ED/EST/312). Il est recommandé aux enseignants d’utiliser conjointement le cédérom interactif et le recueil d’exercices accompagnant le manuel en langue allemande. Traduction et adaptation aux classes d’insertion par Mike ANEN et Martine STEFFEN.

3

Objet – Forme – Substance Tous les objets ( p.ex. une table, un crayon, une balle de foot) sont caractérisés par

leur forme (sphérique, cylindrique, cubique, ...) et par les substances dont ils sont

constitués.

Exemples :

1) Objet : _____________________

Forme : _____________________

Substance(s) : _____________________

2) Objet: _____________________

Forme: _____________________

Substance(s) : _____________________

Les substances peuvent être touchées et pesées.

Par conséquent, la chaleur, le son, la lumière, les sentiments, les idées, etc., ne sont

pas de substances car on ne peut ni les toucher ni les peser.

Propriétés des substances Exemples:

1) Eau : __________________________________________________

2) Sel : __________________________________________________

3) Air : ___________________________________________________

4) Soufre : ________________________________________________

5) Étain : _________________________________________________

Toutes les substances se distinguent par leurs propriétés.

Les propriétés les plus importantes pour distinguer les différentes substances sont:

le goût, l’odeur, la couleur, l’état (d’agrégation).

La langue humaine sait distinguer quatre goûts :

__________________________________________________________

4

Décris la couleur, l’état d’agrégation, l’odeur et la saveur des substances suivantes :

Substance Couleur État Odeur Saveur Remarques

Eau incolore liquide inodore Insipide

Sucre blanc solide inodore Sucré

Sel (de cuisine) blanc solide inodore Salé

Vinaigre jaune liquide Piquante Acide

Air incolore gazeux inodore Insipide

Xn Sulfate de

cuivre

bleu solide inodore - Addition aux

engrais,

fourrage,

pigments

C Brome Rouge Liquide - -

F Alcool incolore liquide agréable Brûlante

T Mercure brillant liquide - - Thermomètre,

baromètre

Xn Ammoniaque incolore liquide piquante - Engrais,

réfrigérant

Xn Aldéhyde

benzoïque

incolore liquide D’amande - Essence

d’amande,

médicaments,

arôme

Sulfate de

magnésium

blanc solide inodore Amer Eaux minérales,

purgatif

Xn Naphtalène blanc solide aromatiqu

e

- Industrie des

colorants,

parfums,

antimite

5

Signalisation des produits dangereux

C

Produit caustique, corrosif

Xn

Produit nocif, irritant

T

Produit toxique

F

Produit inflammable

O

Comburant

(favorise l’incendie)

E

Produit explosif

R

Produit radioactif

Comme de nombreuses substances sont très toxiques,

il n’est pas recommandé de les goûter ou aspirer !

Question :

Quelle propriété permet de distinguer la farine, le sucre et le sel ?

__________________________________________________________ Quelles propriétés permettent de distinguer l’eau, l’alcool et le vinaigre ?

__________________________________________________________

6

États d’agrégation

Une même substance peut exister sous trois formes d’état. Il s’agit toujours de la

même substance indépendamment de son état.

Exemple :

Indique les trois états d’agrégation de l’eau avec leur dénomination usuelle :

- État _______________ : __________________

- État _______________ : __________________

- État _______________ : __________________

Expérience :

Dans un tube à essai, on chauffe 2 ml d‘eau jusqu’à ébullition en plaçant une plaque

en verre au-dessus de l’ouverture du tube.

Observations :

__________________________________________________________

__________________________________________________________

__________________________________________________________

7

Expérience :

Dans un tube à essai, on chauffe de la cire qui est ensuite versée dans un becher

froid.

Observations :

__________________________________________________________

__________________________________________________________

__________________________________________________________

Expérience :

Dans un bain-marie, on chauffe quelques cristaux de iode dans un becher couvert

d’un verre. Ensuite, on laisse refroidir l’iode.

Observations :

__________________________________________________________

__________________________________________________________

__________________________________________________________

8

Refroidissement

Échauffement

Point de fusion Température de la fusion,

Température de la solidification

Point d’ébullition Température de la vaporisation,

Température de la condensation

Exemples :

Substance Point de fusion

(°C)

Point d’ébullition

(°C)

Oxygène –219 –183

Butane –138 –1

Alcool –114 +78

Benzène +5 +80

Eau 0 +100

Naphtalène +80 +218

Soufre +113 +445

Aluminium +660 +2450

Sel +801 +1440

Fer +1535 +3000

État

d’agrégation

Solide

Solide

Liquide

Liquide

Liquide

Gazeux

Gazeux

État solide

État gazeux État liquide Vaporisation

Condensation, Liquéfaction

Sublimation

Sublimation inverse

Fusion

Solidification

9

Questions :

Jusqu’à quelle température faut-il refroidir l’alcool pour le solidifier ?

__________________________________________________________

A quelle température l’aluminium se liquéfie-t-il ?

__________________________________________________________

Dans quel état le benzène se trouve-t-il aux conditions normales (20°C) ?

__________________________________________________________

À quelles températures le sel est-il liquide ?

__________________________________________________________

Dans quel état le naphtalène se trouve-t-il à 100°C ?

__________________________________________________________

Remarque :

Les liquides peuvent passer à l’état gazeux même à des températures inférieures au

point d’ébullition. Ce phénomène est appelé évaporation.

L’évaporation a lieu spontanément, sans échauffement.

Exemples :

– ______________________________________________________

______________________________________________________

– ______________________________________________________

______________________________________________________

10

11

Solubilité Expérience :

Une petite quantité d’une substance est mélangée respectivement à de l’eau froide, à

de l’eau chaude et à du détergent. Observons ce qui se passe.

Eau

froide

Eau

chaude Détergent

Sucre

Sable

Alcool

Huile

Graisse

Naphtalène

Salpêtre

(Nitrate de potassium)

Sel

Observations :

__________________________________________________________

__________________________________________________________

Solution = Solvant + Soluté

Solvant : substance dans laquelle a été dissoute une autre substance

Soluté : substance dissoute dans le solvant

Solution saturée : solution renfermant la quantité maximale d’une substance

dissoute et qui ne peut contenir plus de soluté.

12

Remarques :

— Pour les corps solides et liquides la solubilité augmente souvent avec la

température du solvant.

— La solubilité des gaz diminue avec la température.

Exemples :

Limonade = eau + sucre + acide citrique

Solution : ______________________________

Solvant : ______________________________

Solutés : ______________________________

Café = eau + grains moulus + sucre

Grains moulus : ______________________

Eau : ______________________________

Café : ______________________________

Sucre : _____________________________

Modèle corpusculaire

Dessine dans le modèle corpusculaire :

– le sel dans le détergent, – le sel dans l’eau,

– l’huile dans l’eau, – l’alcool dans le détergent.

13

Conductibilité thermique

Observations :

__________________________________________________________

__________________________________________________________

Conclusion :

__________________________________________________________

__________________________________________________________

Remarques :

Certaines substances conduisent la chaleur mieux que d’autres substances:

bons conducteurs – mauvais conducteurs

La conductibilité thermique diminue du haut vers le bas:

Métaux

Verre, bois

Liquides

Gaz

Questions :

1) Pourquoi utilise-t-on des casseroles et des marmites en aluminium plutôt qu'en

un autre matériau?

______________________________________________________

______________________________________________________

2) Pourquoi les cuillères pour cuisiner ont-elles un manche en bois ?

______________________________________________________

______________________________________________________

14

Circuit électrique

Schéma du montage

Interrupteur ouvert Interrupteur fermé

! ________________________ ! ________________________

! ________________________ ! ________________________

Afin de représenter rapidement et de façon compréhensible les composantes d’un

circuit électrique, on utilise dans les schémas de montage des symboles électriques :

pile

interrupteur

lampe

câbles

Dessine le schéma d’un circuit avec une pile, un interrupteur et une lampe :

15

Cherche l’erreur dans les circuits suivants :

Remarques :

Un courant électrique ne peut circuler que dans un circuit fermé.

La pile fournit le courant électrique.

Dessine un circuit comportant deux lampes allumées :

Lampe allumée

Lampe allumée

_________________________________

_________________________________

_________________________________

_________________________________

_________________________________

_________________________________

_________________________________

_________________________________

_________________________________

_________________________________

_________________________________

_________________________________

Lampe allumée

16

Conducteurs – Isolants

Nous examinons quels matériaux conduisent le courant électrique.

Matériau La lampe brille La lampe ne brille pas

Cuivre

Verre

Aluminium

Bois

Matière plastique

Carbone (graphite)

Eau distillée, eau pure

Eau + sel

Alcool

Eau + sucre

Air

Conclusion :

Certains matériaux conduisent le courant électrique :

ils sont appelés conducteurs électriques.

Les matériaux ne conduisant pas le courant électrique sont appelés isolants.

Corps solides

Corps liquides

Corps gazeux

17

Conductibilité du corps humain

Construis le circuit représenté. Prends les bouts des fils fermement entre tes mains

secs, ensuite entre tes mains humides.

Observations :

__________________________________________________________

__________________________________________________________

Conclusion :

__________________________________________________________

__________________________________________________________

ATTENTION :

Ne jamais manipuler une prise électrique !

Ne pas toucher des appareils électriques avec les mains humides !

Ne pas utiliser des appareils électriques dans la salle de bain !

Questions:

1) Pourquoi les tournevis et les pinces ont-ils des manches en matière plastique ?

______________________________________________________

______________________________________________________

2) Un soudeur à l’arc devrait-il se tenir sur un support en bois ou en métal ?

______________________________________________________

______________________________________________________

______________________________________________________

18

Court-circuit

Le circuit représenté contient une pile, une lampe, un interrupteur et deux fils sans

isolation. Ferme le circuit. Pose un clou sur les deux fils sans isolation. Touche après

quelques secondes les deux fils.

Observations :

__________________________________________________________

__________________________________________________________

__________________________________________________________

Conclusion :

__________________________________________________________

__________________________________________________________

On parle d’un court-circuit si le courant électrique traverse un circuit sans passer

par un récepteur (une lampe ou un appareil électrique).

Court-circuit

Courant très élevé

Risque d’incendie !

Les éléments du circuit se chauffent.

19

Coupe-circuit

Pour éviter les conséquences d’un court-circuit il faut installer dans le circuit un coupe-

circuit.

Expérience :

Réalise le dispositif expérimental comportant un fil très fin. Provoque ensuite un court-

circuit!

Observations :

__________________________________________________________

__________________________________________________________

__________________________________________________________

Conclusion :

__________________________________________________________

__________________________________________________________

Un coupe-circuit est un interrupteur qui ouvre le circuit si le courant excède une

certaine intensité.

fusible intact fusible fondu

20

Processus physiques et chimiques

Les propriétés des corps peuvent changer.

Exemple :

La glace solide fond et devient liquide: changement de l’état d’agrégation

1ère expérience :

Une feuille de papier est froissée et plissée par la main.

Schéma:

Observations :

__________________________________________________________

__________________________________________________________

2e expérience :

Une feuille de papier est brûlée.

Observations :

__________________________________________________________

__________________________________________________________

Conclusion :

__________________________________________________________

__________________________________________________________

__________________________________________________________

__________________________________________________________

21

3e expérience :

Une petite portion de sucre est chauffée fortement dans un tube à essai.

Observations :

__________________________________________________________

__________________________________________________________

__________________________________________________________

__________________________________________________________

__________________________________________________________

4e expérience :

Un morceau de sucre est écrasé avec un pilon dans un mortier.

Observations :

__________________________________________________________

__________________________________________________________

Conclusion :

__________________________________________________________

__________________________________________________________

__________________________________________________________

__________________________________________________________

__________________________________________________________

22

On peut classifier les 4 expériences en deux catégories:

Disparition du corps initial et

formation de nouveaux corps

Modification des propriétés

du corps initial

Expériences :

Expériences :

! Processus ! Processus

Si de nouvelles substances sont formées, le processus est appelé chimique.

Si les propriétés d’un objet sont modifiées sans apparition de nouvelles substances,

le processus est appelé physique.

Toutes les réactions chimiques sont accompagnées d’un dégagement ou d’une

absorption de chaleur.

Exemples de processus chimiques :

- combustion

- analyse:

un corps composé est transformé en ses corps simples

- synthèse:

des corps simples sont combinés en corps composé

Exemples de processus physiques :

- changement de la forme :

par rabotage, par fraisage, par traction, par compression, ...

- changement de la dimension :

broyer, pulvériser, ...

- production de mélanges :

mixer, dissoudre, allier, ...

- séparation des corps :

par filtration, par décantation, par distillation, ...

- changement de l’état d’agrégation :

évaporation, condensation, solidification, liquéfaction, vaporisation, ...

- changement de l’état de mouvement :

accélérer, freiner, changer de direction

23

Exercice :

Indique si les processus suivants sont chimiques ou physiques.

Processus

chimique

Processus

physique

Une tasse s’est cassée en tombant.

Un sapin de Noël brûle.

Il pleut.

Le fer se rouille.

Le sucre est carbonisé.

La neige fond.

Le sel est dissous dans l’eau.

L’album est colorié.

Le beurre rancit.

Pauline mélange les ingrédients pour le

gâteau d’anniversaire.

Le gâteau d’anniversaire est cuit dans le four.

Claudette garnit le gâteau d’anniversaire.

Le tronc de l’arbre pourrit.

Le moût du raisin fermente dans la cave.

24

Chimie – Physique

La chimie et la physique sont des sciences naturelles.

Les sciences naturelles ont recours à :

• Observation d’un phénomène naturel

• Réalisation d’expériences et exploitation des résultats

• Déduction de lois et de modèles décrivant les phénomènes

Domaine de la physique

La physique examine et interprète les phénomènes de la nature inanimée.

– Mécanique : étude des forces

– Thermodynamique : étude de la chaleur

– Acoustique : étude du son

– Optique : étude de la lumière

– Électromagnétisme : étude des phénomènes électriques et magnétiques

Les connaissances physiques permettent la construction d’appareils techniques.

Exemples : avions, appareils de télévision, lunettes, réfrigérateur, ...

Domaine de la chimie

La chimie étudie les divers corps et examine leur constitution, leurs

transformations et leurs propriétés.

– Chimie minérale : étude des corps inanimés

(air, eau, sels minéraux, ...)

– Chimie organique : étude des corps intervenant dans les organismes vivants

(sucres, protéines, lipides, ...)

Les connaissances chimiques permettent la production de nouvelles

substances.

Exemples : médicaments, matières plastiques, peintures, ...

25

Combustions

1) Combustion du magnésium

Observations :

__________________________________________________________

__________________________________________________________

Conclusion :

__________________________________________________________

__________________________________________________________

2) Combustion de la paille de fer

Observations :

__________________________________________________________

__________________________________________________________

Conclusion :

__________________________________________________________

__________________________________________________________

26

3) Combustion d’une bougie

On pose un cylindre renversé sur la bougie allumée. Après quelque temps, le cylindre

est retiré et fermé par une plaque en verre. On y ajoute de l’eau de chaux.

Observations :

__________________________________________________________

__________________________________________________________

__________________________________________________________

__________________________________________________________

Conclusion :

__________________________________________________________

__________________________________________________________

Les combustions produisent de nouveaux corps avec dégagement de chaleur :

il s’agit de phénomènes chimiques.

Combustibles : corps brûlés

Comburant : corps qui est requis pour la combustion d’un combustible

Produits de la combustion : corps finals issus d’une combustion

La plupart des combustions ne démarrent pas spontanément, mais elles sont

enflammées par échauffement.

27

Combustible Produit(s) de la combustion

Expérience 1

Expérience 2

Expérience 3

Moteur thermique d’une voiture

Faisons une série d’expériences afin d’examiner le rôle de l’air lors d’une combustion.

a) Un cylindre fermé est posé sur une bougie allumée.

Observations :

______________________________________________________

b) Un cylindre ouvert est posé sur une bougie allumée.

Observations :

______________________________________________________

c) Un cylindre ouvert est suspendu au-dessus d’une bougie allumée, à quelques

centimètres du support.

28

Observations :

______________________________________________________

Conclusion:

______________________________________________________

______________________________________________________

______________________________________________________

Remarque :

Différentes expériences ont montré que la bougie allumée a besoin d’air frais.

La flamme consomme un gaz contenu dans l’air: l’oxygène.

Chaque combustion nécessite de l’oxygène qui joue le rôle du comburant.

Expérience :

On brûle de la paille de fer.

Masse avant la combustion: ____________________

Masse après la combustion: ____________________

Conclusion :

__________________________________________________________

Lors d’une combustion, le combustible s’associe à l’oxygène (comburant) pour

former le produit de combustion (ici: oxyde de fer).

Composition de l’air

Expérience :

29

Observations :

__________________________________________________________

__________________________________________________________

__________________________________________________________

Conclusion :

__________________________________________________________

__________________________________________________________

__________________________________________________________

Ajoutons de l’eau afin d’ajuster le niveau du liquide à l’extérieur du cylindre à celui à

l’intérieur.

Observations :

__________________________________________________________

__________________________________________________________

__________________________________________________________

Conclusion :

__________________________________________________________

__________________________________________________________

__________________________________________________________

Composition de l’air :

78% azote (environ 4/5)

21% oxygène (environ 1/5)

1% vapeur d’eau, dioxyde de carbone, autres gaz

30

Oxygène

Propriétés

- gaz incolore, inodore, insipide

- entretient les combustions (= comburant)

- contenu dans l’atmosphère terrestre

- indispensable à la vie des animaux et de l’espèce humaine

Expérience :

Introduis un tison (morceau de bois à moitié brûlé qui est encore incandescent) avec

point d’ignition dans un récipient rempli d’oxygène.

Observations :

__________________________________________________________

__________________________________________________________

Conclusion :

__________________________________________________________

__________________________________________________________

Remarque :

Les combustions dans l’oxygène pur se déroulent d’une façon plus violente et

plus rapide que les combustions dans l’air.

Les combustions avec l’oxygène sont appelées oxydations.

Les produits d’une oxydation sont les oxydes.

31

Cycle de l’oxygène

Dioxyde de carbone

Respiration :

Oxydation des substances alimentaires dans l’organisme

Espèce humaine,

animaux,

moteurs thermiques,

autres combustions

Photosynthèse à l’aide de la chlorophylle : Dioxyde de carbone + eau ! éléments nutritifs + oxygène

Cette réaction a besoin de la lumière solaire

Plantes

(surtout les algues)

Oxygène

32

Grandeurs physiques et leurs unités de mesure

"Affirmer d'une grandeur qu'elle est mesurable,

c'est affirmer qu'on peut en fixer la valeur."

Louis de Broglie (1892-1987), prix Nobel de physique en 1929

Mesurer = comparer avec un étalon / une unité de mesure.

Exemple :

Mesurer la longueur du tableau

Unité internationale de longueur : mètre (m)

Symbole pour représenter la longueur : !

Résultat : ! = ______________ m

Le tableau a une longueur de ______________ mètres.

En général :

Grandeur physique = Valeur numérique · Unité de mesure

Symboles et unités de base de quelques grandeurs physiques :

Grandeur physique Symbole Unité de mesure Symbole Longueur ! mètre m Aire A mètre carré m2 Volume V mètre cube m3 Temps t seconde s Température ! degré Celsius °C Intensité du courant él. I ampère A Tension électrique U volt V Force F newton N Vitesse v mètre par seconde m/s

Préfixes pour les multiples et les subdivisions d'une unité :

Symbole Préfixe Valeur Symbole Préfixe Valeur M méga- 1000000 d déci- 0,1 k kilo- 1000 c centi- 0,01 h hecto- 100 m milli- 0,001

da déca- 10 ! micro- 0,000001

33

Exercices

Écris les énoncés suivants correctement avec le symbole et l’unité :

a. Le sprinter Kour Vitt parcourt 9 mètres par seconde.

________________________________________________________ b. Une pile fournit 1,5 volt.

________________________________________________________

c. Un mouvement dure 15 secondes.

________________________________________________________

d. Un fer à repasser électrique est parcouru par 3,5 ampères.

________________________________________________________

e. Le pré mesure 28 mètres carrés.

________________________________________________________

Convertis les unités de mesure :

17,6 kV = _________________ V

1 200 mA = _________________ A

5 540 cm = _________________ dam

450 012 nm = _________________ !m

78 mm2 = _________________ cm2

0,5 hm2 = _________________ dam2

2 m3 = _________________ cm3

5 778 mm3 = _________________ dm3

La tension fournie par une centrale nucléaire vaut 300 kV, donc __________ MV.

Jupiter, la planète la plus volumineuse du système solaire, a un diamètre de

71 400 km, donc __________ m.

La masse d’un morceau de sucre vaut 7,7 g, donc __________ mg.

La taille d’un globule sanguin blanc vaut 20 !m, donc __________ mm.

34

Transformation d’unités

109 108 107 106 105 104 103 102 101 1 10-1 10-2 10-3 10-4 10-5 10-6 10-7 10-8 10-9

---|-----|-----|-----|-----|-----|-----|-----|-----|-----|-----|-----|-----|-----|-----|-----|-----|-----|-----|--- giga méga kilo hecto déca déci centi milli micro nano

G M k h da d c m ! n

La valeur numérique diminue lors d'une transformation de la droite vers la gauche. On divise par 10 (1 puissance) pour une longueur, 100 (2 puissances) pour une aire, 1000 (3 puissances) pour un volume. La valeur numérique augmente lors d'une transformation de la gauche vers la droite. On multiplie par 10 (1 puissance) pour une longueur, 100 (2 puissances) pour une aire, 1000 (3 puissances) pour un volume.

35

Force Expérience :

• Étirons avec notre force musculaire un extenseur (appareil de gymnastique

utilisé pour développer les muscles).

• Nous mesurons avec une règle graduée l’allongement de l’extenseur.

• La force musculaire est ensuite représentée par une flèche dont la longueur

est en relation avec l’allongement de l’extenseur.

Élève Allongement Représentation

A

B

C

Conclusion :

__________________________________________________________

__________________________________________________________

__________________________________________________________

Représentation d’une force :

par un vecteur

1 : ________________________________________________________

2 : ________________________________________________________

3 : ________________________________________________________

4 : ________________________________________________________

36

Effets d’une force

Comme une force est invisible, on la reconnaît grâce à ses effets.

1) On déforme une cannette de soda.

Observations :

_______________________________________________________

Conclusion :

_______________________________________________________

2) Un aimant,exerçant une force magnétique, est approché d’une petite boule en

acier, initialement au repos.

Observations :

_______________________________________________________

Conclusion :

_______________________________________________________

3) On déplace un aimant à distance constante devant une boule en mouvement.

Observations :

_______________________________________________________

Conclusion :

_______________________________________________________

4) On approche un aimant d’une boule en mouvement par derrière.

Observations :

_______________________________________________________

Conclusion :

_______________________________________________________

37

5) On approche un aimant d’une boule en mouvement par un côté.

Observations :

_______________________________________________________

Conclusion :

_______________________________________________________

Si un objet change son état de mouvement (effet dynamique) ou s’il est déformé

(effet statique), la cause en est chaque fois une force.

Rappel :

Symbole : _____________

Unité : ________________

Trouve dans les situations suivantes l’effet de la force exercée :

• Un Boeing 747 de la Cargolux accélère sur la piste d’envol.

_____________________________________________________

• Le train de nuit doit s’arrêter devant un signal rouge.

_____________________________________________________

• L’autobus scolaire aborde un virage.

_____________________________________________________

• Lors d’un accident, la carrosserie de la voiture est déformée (plastiquement).

_____________________________________________________

• Lors du choc avec la raquette, la balle de tennis est déformée (élastiquement).

_____________________________________________________

Représente dans la figure suivante les forces agissant sur une gomme à effacer :

38

Force de pesanteur

Laissons tomber d’une hauteur de 1 m une boule en acier.

Observations :

________________________________

________________________________

________________________________

Conclusion :

________________________________

________________________________

________________________________

________________________________

Chaque objet situé à la surface de la Terre, de la Lune

ou de toute autre planète subit une force appelée

poids ou force de pesanteur.

Le poids est une force verticale dirigée vers le centre

de l’astre.

L’intensité du poids d’un objet dépend de l’astre qui

attire l’objet et de sa position relative à l’astre.

Représente la force :

La Terre attire un objet d’une masse de 500 g avec une force de 5 N.

Échelle : 1 cm équivaut à 1 N

39

Mesure de la force

Examinons l’action du poids de différents objets sur un ressort. Nous mesurons

l’allongement du ressort à l’aide d’un étalon.

Observations :

Poids (en N) Allongement (en cm)

Conclusion :

__________________________________________________________

__________________________________________________________

Les forces sont mesurées à l’aide d’un ressort.

Instrument de mesure : _________________________

40

Le dynamomètre est constitué d’un ressort gradué.

Quelle force est appliquée à ces ressorts ?

a : _________________________ d : _________________________

b : _________________________ e : _________________________

c : _________________________

Exercices :

Un ressort s’allonge de 15 cm sous l’action d’une force de 3 N.

Quel allongement observe-t-on si la force exercée vaut 1 N ?

__________________________________________________________ Quelle force faut-il appliquer au même ressort pour qu’il s’allonge de 7,5 cm ?

__________________________________________________________

41

Exercices :

Deux hommes déplacent un chariot. Pierre exerce une force de 50 N, tandis que

Paul pousse avec 100 N. Détermine la force totale agissant sur le chariot.

Par un calcul Graphiquement

Dans la figure suivante, Pierre (à gauche) et Paul (à droite) poussent toujours avec

une force de 50 N respectivement 100 N. Détermine à nouveau la force résultante

subie par le chariot. Dans quel sens le chariot se déplace-t-il ?

Par un calcul Graphiquement

42

Poids et Masse Le poids d'un sac à dos est légèrement plus petit sur une montagne d'une hauteur de

3 000 m que sur le niveau de la mer.

La force de pesanteur n'a pas partout la même valeur : elle diminue si on s'éloigne

du centre de la Terre.

Tous les corps célestes (planètes, étoiles, ...) attirent les objets à proximité.

Ces forces d'attraction sont plus ou moins intenses en fonction de la taille du corps

céleste.

La force de pesanteur subie par un objet à la surface de la Lune est six fois plus

petite que sur la Terre.

Exemple :

Un astronaute est attiré sur la Lune environ _________________

______________________________________ que sur la Terre.

Les objets sont donc sur la Lune _________________________

______________________________________ que sur la Terre.

Le poids d'un objet n'a pas partout la même intensité.

Le poids dépend :

• du corps céleste qui attire l'objet;

• de la distance entre l'objet et le corps céleste.

Lune Terre

43

Exemple :

Au cours d’un voyage de la Terre à la Lune, la force de pesanteur d'un astronaute

change constamment. Par contre, la quantité de matière dont il est constitué reste la

même.

Une tablette de chocolat sur la Lune est toujours la même tablette de chocolat. Elle y

contient autant de chocolat que sur la Terre.

La quantité de matière d’un objet est appelée masse.

La masse d’un objet est indépendante du lieu. On mesure partout la

même masse.

Rappel :

Symbole : _____________

Unité : ________________

Autre unité :

1 tonne = 1 t = 1 000 kg

Exercice :

La masse d’un élève vaut 40 kg et 352 g.

Indique sa masse en kg, en g, en mg et en t.

___________________________________________________________________

___________________________________________________________________

___________________________________________________________________

___________________________________________________________________

44

Expérience :

Accrochons différentes masses marquées à un dynamomètre.

(a)

Masse accrochée :

m = ____________

Poids mesuré :

P = ___________

(b)

Masse accrochée :

m = ____________

Poids mesuré :

P = ___________

Conclusion :

__________________________________________________________

__________________________________________________________

__________________________________________________________

__________________________________________________________

Masse d’un objet Poids d’un objet

• quantité de matière de l’objet

• indépendante du lieu

• symbole : m

• unité de mesure : kilogramme (kg)

• force d’attraction exercée par un

astre sur l’objet

• dépend du lieu

• symbole : P

• unité de mesure : newton (N)

Retenons la règle simplifiée suivante, valable uniquement à la surface de la Terre :

Un objet d’une masse de m = 100 g subit une

force de pesanteur (poids) de P = 1 N.

45

Exercice :

Examinons le voyage d’un astronaute de la Terre à la Lune. La masse de

l’astronaute vaut 120 kg, son poids sur la Terre mesure donc __________________ .

Complète la figure ci-dessous :

Lieu Masse Poids

Lune

L’astronaute se

trouve en état

d’apesanteur.

À une distance de

6370 km de la

Terre, le poids est

quatre fois plus

petit qu’à la surface

de la Terre.

Terre

46

Exercices

1) Complète le tableau suivant :

Force de pesanteur Objet Masse

sur la Terre sur la Lune sur Jupiter

1 litre d’eau 1 kg 10 N 1,6 N 25 N

Enfant 50 kg

Adulte 75 kg

Voiture 1200 kg

Locomotive 84 000 kg

2) Qu’est-ce qui est plus lourd : 1 kg de fer ou 1 kg de plumes ?

_______________________________________________________

_______________________________________________________

_______________________________________________________

3) Au marché de légumes, un commerçant offre 12 N de pommes au prix de 2,40 !.

Combien de kg obtient-on pour 2,40 ! ?

_______________________________________________________

_______________________________________________________

_______________________________________________________

_______________________________________________________

4) Supposons que le commerçant fasse la même proposition sur un marché

imaginaire à la Lune. Qu’en dites-vous ?

_______________________________________________________

_______________________________________________________

_______________________________________________________

_______________________________________________________

47

5) Un objet se trouve en trois lieux A, B et C par rapport à un corps céleste. Représente la force de pesanteur par des vecteurs en respectant l’intensité et la

ligne d’action :

Le plus grand poids est mesuré en position : ___________________

Le plus petit poids est mesuré en position : ___________________

Explique :

_______________________________________________________

_______________________________________________________

_______________________________________________________

_______________________________________________________

Compare les masses dans les différentes positions A, B et C.

_______________________________________________________

_______________________________________________________

Sachant que le corps céleste représenté est la Lune, calcule le poids de l’objet

dans la position A si sa masse y vaut 1 t.

_______________________________________________________

_______________________________________________________

A

B

C

48

Masse volumique

La masse volumique est une propriété importante de chaque substance : elle indique

la quantité de matière contenue dans un certain volume de la substance en question.

Expérience :

Mesure à l’aide d’une balance la masse de trois volumes différents de diverses

substances.

Calcule après chaque mesure le rapport entre la masse m et le volume V.

Substance : Substance : Substance :

V m m/V V m m/V V m m/V

Conclusion :

__________________________________________________________

__________________________________________________________

__________________________________________________________

• La masse volumique d’une substance s’obtient en divisant une masse m

par son volume V.

• Symbole : ! (lettre grecque rho)

• Unité de mesure : kg / dm3 ou g / cm3

• La masse volumique indique la masse d’une substance par unité de

volume.

49

Quelques masses volumiques de substances courantes :

Métaux (en kg / dm3) Liquides (en kg / dm3)

aluminium 2,70 eau pure 1,00

magnésium 1,74 eau de mer 1,03

fer 7,86 eau fortement salée 1,23

cuivre 8,93 essence 0,78

plomb 11,34 alcool 0,79

mercure 13,55 propanol 0,78

or 19,29 mercure 13,55

Matériaux de

construction (en kg / dm3) Gaz (en g / dm3)

bois 0,50 – 0,90 air 1,29

roche 2,50 – 2,80 oxygène 1,43

verre 2,55 azote 1,25

fer 7,20 dioxyde de carbone 1,97

styropor 0,02 hydrogène 0,09

béton 2,35 hélium 0,18

Une substance de 5 litres a une masse de 6 kg. Calcule sa masse volumique.

__________________________________________________________

Calcule la masse de 15 litres d’alcool.

__________________________________________________________

Calcule le volume de 1 kg d’air.

__________________________________________________________

Calcule le volume de 3 N d’eau pure.

__________________________________________________________