Poids apparent


Poids apparent

Poids apparent

Le poids apparent d'un objet correspond au poids indiqué par un peson (ou tout autre instrument approprié à la mesure d'une force), quand ce poids n'est pas identique au poids « réel » de l'objet, défini soit comme la force purement gravitationnelle exercée sur l'objet, soit le plus souvent comme la force due à la pesanteur[1].

Sommaire

Définition

Par exemple, si l'on pesait un objet sous l'eau, la poussée d'Archimède ferait paraître l'objet plus léger et le poids mesuré serait inférieur au poids réel. Évidemment, dans la vie quotidienne, quand on pèse un objet, la poussée d'Archimède exercée par l'air ambiant est à toutes fins utiles négligeable.

Voici un autre exemple. Pesons un objet en le suspendant à un dynamomètre. Il sera soumis à deux forces : son poids, orienté[2] vers le bas, et la force exercée par le dynamomètre, orientée vers le haut. Quand l'objet n'accélère pas, les deux forces ont la même grandeur et le dynamomètre indique le poids réel 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 exercée par le dynamomètre sera supérieure au poids (du moins aux yeux d'un observateur immobile situé à l'extérieur de l'ascenseur), conformément à la deuxième loi du mouvement de Newton :

FP = ma ,

F est la force exercée par le dynamomètre, P le poids de l'objet et a l'accélération de l'ascenseur (et du dynamomètre).

Étant donné que le poids indiqué par le dynamomètre correspond à l'intensité F de la force qu'exerce sur lui l'objet à peser[3] (cette force étant la réaction à la force que le dynamomètre exerce sur l'objet), ce poids « apparent » est supérieur au poids réel (F > P, car a > 0).

(Pour un observateur situé dans l'ascenseur, l'objet à peser apparaît évidemment immobile. En ce cas, pour expliquer que la force exercée par le dynamomètre est supérieure au poids réel de l'objet, on doit faire intervenir une force d'inertie orientée vers le bas.)

Ainsi, de façon générale, les instruments de mesure comme le peson (ou dynamomètre) indiquent le poids apparent des objets, qui correspond habituellement à la force de la pesanteur, mais ne correspond jamais parfaitement à la force purement gravitationnelle, ne serait-ce que parce que la Terre elle-même n'est pas un référentiel rigoureusement galiléen.

Enfin, comme dernier exemple, mentionnons l'état d'impesanteur expérimenté par les spationautes. Ainsi, dans la Station spatiale internationale, leur poids apparent est complètement nul, bien que leur poids réel, à 386 km d'altitude, ne soit qu'environ 11 % plus faible que sur Terre.

Exemple numérique

Quel est le poids apparent d'une personne de 70 kg dans un ascenseur qui décélère à 2 m/s² en montant ?

Soit g = 9,8 m/s2 l'accélération de la pesanteur. Le poids réel de la personne, égal à mg, vaut (70 kg) (9,8 m/s2) = 686 N.

La personne est soumise à deux forces : d'une part son poids réel P, orienté vers le bas, et d'autre part la force normale N, orientée vers le haut, exercée sur elle par le plancher de l'ascenseur (ou le pèse-personne sur lequel elle se tient). Quand l'ascenseur freine, son accélération est orientée dans le sens opposé à la vitesse, c'est-à-dire en l'occurrence vers le bas.

En orientant l'axe de référence vers le haut, on écrira donc, conformément à la deuxième loi de Newton :

NP = m(–a)
Nmg = –ma
N = mgma
N = m (ga)
N = (70 kg) [(9,8 m/s2) – (2 m/s2)] = 546 N

On obtient un poids apparent de 546 N, inférieur au poids réel.

Voir aussi

Liens externes

http://sc.physiques.free.fr/htmlfiles/cours/foy/poids.htm (dans un ascenseur)

Notes

  1. La notion de pesanteur terrestre inclut une correction qui tient compte du mouvement de rotation de la Terre.
  2. Le poids, comme toute force, est une quantité vectorielle qui possède une orientation dans l'espace, c'est-à-dire une direction et un sens.
  3. À condition, quand le dynamomètre est lui-même soumis à une accélération, que la masse du ressort soit négligeable.
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