Tu as un contrôle bientôt alors que tu n'as jamais entendu parler d'interactions de contact ou à distance ? Respire. On part vraiment de zéro, ensemble. On va construire l'essentiel en un éclair, avec des mots simples et des trous à remplir pour que tu sois fonctionnel(le) le jour J.
1. Qu'est-ce qu'une interaction ?
Une interaction, c'est une action réciproque entre deux objets : si l'objet A agit sur l'objet B, alors B agit aussi sur A.
Il existe deux grandes familles :
- Interaction de contact : les deux objets se touchent physiquement. Exemple : une main qui pousse un livre.
- Interaction à distance : les objets agissent l'un sur l'autre sans se toucher. Exemple : un aimant attire un trombone sans le toucher.
2. La gravité, une interaction à distance
La gravité (ou interaction gravitationnelle) est l'interaction à distance par laquelle tout corps qui a une masse en attire un autre. Sur Terre, la gravité attire tous les objets vers le centre de la Terre.
La force exercée par la Terre sur un objet s'appelle le poids (noté P). Elle est dirigée verticalement vers le bas et se mesure en newtons (N).
Formule à retenir : P = m × g
m est la masse en kg, g est l'intensité de la pesanteur. Sur Terre, on prend g = 10 N/kg.
Ne confonds pas masse et poids : la masse (kg) est la même partout dans l'Univers ; le poids (N) dépend de l'astre (Terre, Lune...).
À toi de jouer
1. On fait le point ensemble. Pour chaque situation, entoure la bonne réponse et complète la phrase.
a) La Terre attire une pomme qui tombe. Les objets …………………… : c'est une interaction de (contact / à distance). → interaction de .
b) Un joueur de foot frappe le ballon. Le pied touche le ballon : c'est une interaction de (contact / à distance). → interaction de .
c) Un aimant attire un clou sans le toucher. C'est une interaction de (contact / à distance). → interaction de .
Corrigé
a) ... ne se touchent pas : interaction à distance. → interaction de → interaction de à distance (on écrit "à distance").
b) ... interaction de contact. → interaction de → interaction de contact.
c) ... interaction à distance → interaction de → interaction de à distance.
2. On calcule un poids sur Terre. Rappel : g = 10 N/kg. Complète.
Un cartable a une masse m = 4 kg.
P = m × g = × = N.
Le poids du cartable sur Terre est donc de N.
Corrigé
P = 4 × 10 = 40 N. Le poids du cartable sur Terre est donc de 40 N.
3. Même méthode. Un livre a une masse m = 0,5 kg (c'est 500 g).
P = m × g = × = N.
Le poids du livre sur Terre est donc de N.
Corrigé
P = 0,5 × 10 = 5 N. Le poids du livre sur Terre est donc de 5 N.
Ah, ces histoires de contact et de distance te reviennent un peu... Parfait. On remet tout à plat, on structure le cours et surtout, on s'offre une méthode pas-à-pas. Tu vas voir, c'est comme un jeu de reconnaissance.
Rappel structuré
Interaction = action mutuelle entre deux objets. Toujours réciproque !
Contact : les objets se touchent (main qui pousse, joueur qui tape dans un ballon).
À distance : ils ne se touchent pas. Deux types classiques :
- Gravitation : la Terre attire la Lune, une pomme tombe.
- Magnétique ou électrostatique : un aimant attire un trombone.
La gravité et le poids
La Terre exerce une force à distance sur tout objet ayant une masse : c'est le poids (noté P, en N). Il est dirigé verticalement vers le bas.
Relation : P = m × g
m = masse (kg), g = intensité de la pesanteur (N/kg). Sur Terre, g ≈ 10 N/kg. Sur la Lune, g ≈ 1,6 N/kg.
La masse ne change pas (6 kg partout), le poids change car g change.
Méthode : analyser une interaction
- Repère les deux objets qui interagissent.
- Pose-toi la question : est-ce qu'ils se touchent ?
- Si oui → interaction de contact.
- Si non → interaction à distance (gravitationnelle, magnétique...).
- Si c'est la gravité, repère l'astre (Terre, Lune...) pour choisir le bon g, puis applique P = m × g. Précise toujours la direction : verticale, vers le bas.
À toi de jouer
1. Classe chaque situation en utilisant la méthode. Complète.
a) Un chien tire sur sa laisse. La laisse et le collier se touchent → interaction de .
b) La Terre maintient la Lune en orbite. Elles ne se touchent pas → interaction à distance .
c) Une raquette frappe une balle de tennis. La raquette et la balle se touchent → interaction de .
Corrigé
a) contact. b) distance (gravitationnelle). c) contact.
2. On applique P = m × g. Attention à convertir en kg si besoin !
a) Une boule de pétanque a une masse m = 700 g. D'abord, convertis : 700 g = kg.
P = × = N.
b) Un haltere a une masse m = 8 kg. Sur Terre (g = 10 N/kg) : P = × = N.
Corrigé
a) 700 g = 0,7 kg. P = 0,7 × 10 = 7 N. b) P = 8 × 10 = 80 N.
3. Et sur la Lune ? Le même haltère (8 kg) est sur la Lune, où g = 1,6 N/kg.
P = m × g = × = N.
La masse est-elle la même ? (oui/non) car la masse ne dépend pas de l'astre.
Corrigé
P = 8 × 1,6 = 12,8 N. La masse est la même : oui.
C'est l'heure de la répétition mécanique. Cinq petits calculs de poids sur Terre, tous identiques sauf la masse. Tu vas voir, après ça, la formule P = m × g sera un réflexe. Allez, c'est parti !
À toi de jouer
1. g = 10 N/kg partout.
Masse m = 3 kg
P = m × g = × = N.
Corrigé
P = 3 × 10 = 30 N.
2. Masse m = 7 kg
P = m × g = × = N.
Corrigé
P = 7 × 10 = 70 N.
3. Masse m = 15 kg
P = m × g = × = N.
Corrigé
P = 15 × 10 = 150 N.
4. Masse m = 0,2 kg (200 g)
P = m × g = × = N.
Corrigé
P = 0,2 × 10 = 2 N.
5. Masse m = 100 kg
P = m × g = × = N.
Corrigé
P = 100 × 10 = 1000 N.
Place au niveau contrôle. Tu vas enchaîner des exercices classiques, comme ceux de ton futur devoir. Tu es maintenant prêt(e) à les affronter sans filet. Prends ton temps, applique la méthode, et surtout fais confiance à ce que tu sais.
À toi de jouer
1. Exercice 1 – Contact ou à distance ? (4 pts)
Pour chaque situation, indique si l'interaction est de contact ou à distance, et justifie en une phrase.
a) Un élève pousse son cartable sur la table.
b) La Terre attire une météorite qui entre dans l'atmosphère.
c) Un aimant colle au réfrigérateur.
d) Une grue soulève une poutre en acier avec un câble.
Corrigé
a) Interaction de contact : la main de l'élève touche directement le cartable, les deux objets sont en contact physique.
b) Interaction à distance : la météorite et la Terre ne se touchent pas encore ; la gravité agit sans nécessiter de contact entre les deux corps.
c) Interaction à distance : l'interaction magnétique n'a pas besoin de contact pour exister ; un aimant peut attirer un objet en fer sans le toucher. Même si l'aimant est physiquement posé contre le réfrigérateur, c'est la force magnétique — qui agit à distance — qui le maintient en place.
d) Interaction de contact : le câble est en contact direct avec la poutre ; sans ce lien physique, la grue ne pourrait pas la soulever.
2. Exercice 2 – Poids sur Terre (3 pts)
On donne g = 10 N/kg. Calcule le poids sur Terre de chaque objet :
a) Une bouteille d'eau de masse m = 1,5 kg.
b) Un smartphone de masse m = 200 g.
c) Un vélo de masse m = 14 kg.
Exprime bien les résultats en newtons.
Corrigé
a) P = 1,5 × 10 = 15 N.
b) m = 200 g = 0,2 kg ; P = 0,2 × 10 = 2 N.
c) P = 14 × 10 = 140 N.
3. Exercice 3 – Poids sur différents astres (4 pts)
Données : gTerre = 10 N/kg, gLune = 1,6 N/kg, gMars = 3,7 N/kg.
Un rover martien a une masse de 200 kg.
a) Calcule son poids sur Terre.
b) Calcule son poids sur la Lune.
c) Calcule son poids sur Mars.
d) Sa masse change-t-elle d'un astre à l'autre ? Justifie.
Corrigé
a) PTerre = 200 × 10 = 2000 N.
b) PLune = 200 × 1,6 = 320 N.
c) PMars = 200 × 3,7 = 740 N.
d) Non, la masse mesure la quantité de matière et ne dépend pas de l'astre ; elle reste 200 kg partout.
4. Exercice 4 – Problème de l'astronaute (4 pts)
Une astronaute a une masse de 65 kg.
a) Quel est son poids sur Terre (g = 10 N/kg) ?
b) Elle prétend : « Sur la Lune, mon poids est de 104 N. » Vérifie par calcul si c'est exact (gLune = 1,6 N/kg).
c) En orbite autour de la Terre, elle « flotte » (état d'apesanteur). La Terre exerce-t-elle encore une force gravitationnelle sur elle ? Justifie en une phrase.
Corrigé
a) PTerre = 65 × 10 = 650 N.
b) PLune = 65 × 1,6 = 104 N. L'affirmation est exacte.
c) Oui, la Terre exerce toujours son attraction gravitationnelle ; l'apesanteur est due au fait que l'astronaute et son vaisseau sont en chute libre autour de la Terre, pas à l'absence de gravité.
5. Exercice 5 – Vrai ou Faux (5 pts)
Dis si les affirmations sont vraies ou fausses, et corrige-les si nécessaire.
a) Le poids se mesure en kilogrammes.
b) La masse d'un objet est la même sur Terre et sur Mars.
c) Un objet plus lourd (masse plus grande) a toujours un poids plus grand sur Terre.
d) Lorsque deux objets ne se touchent pas, il n'y a jamais d'interaction.
Corrigé
a) Faux : le poids se mesure en newtons, la masse en kilogrammes.
b) Vrai : la masse est invariable.
c) Vrai : sur Terre, g est fixe donc P = m × g augmente avec m.
d) Faux : la gravitation et le magnétisme sont des interactions à distance, justement sans contact.
Tu maîtrises le poids et les interactions de contact/à distance ? Parfait. L'an prochain, tu iras plus loin : la gravitation n'est pas réservée à la Terre, elle est universelle. Toute masse attire toute autre masse. Prêt(e) pour la formule de Newton ?
La gravitation universelle
Isaac Newton a compris que la gravité est une force qui s'exerce entre tous les corps qui ont une masse. Deux objets quelconques, séparés par une distance d, s'attirent mutuellement selon la relation :
F = G × (m1 × m2) / d2
avec G = 6,67 × 10−11 N·m2/kg2 (constante gravitationnelle).
Sur un astre, le poids n'est qu'un cas particulier : P = m × g, où g = G × Mastre / Rastre2. g dépend donc de la masse et du rayon de l'astre.
À toi de jouer
1. Exercice 1 – Attraction Terre-Lune
On donne :
masse de la Terre MT = 5,97 × 1024 kg
masse de la Lune ML = 7,35 × 1022 kg
distance moyenne Terre-Lune d = 3,84 × 108 m
G = 6,67 × 10−11 SI.
Calcule la force d'attraction gravitationnelle que la Terre exerce sur la Lune (et réciproquement). Donne le résultat en notation scientifique, avec deux chiffres significatifs.
Corrigé
F = G × (MT × ML) / d2
= 6,67×10−11 × (5,97×1024 × 7,35×1022) / (3,84×108)2
= 6,67×10−11 × (4,39×1047) / (1,47×1017)
= (6,67×4,39/1,47) × 10−11+47−17
≈ 19,9 × 1019 = 2,0 × 1020 N.
La force est d'environ 2,0 × 1020 N.
2. Exercice 2 – g sur Mars
L'intensité de la pesanteur sur un astre se calcule par g = G × M / R2.
Pour Mars : MMars = 6,39 × 1023 kg, rayon RMars = 3 390 km (= 3,39 × 106 m).
Calcule gMars. Compare avec la valeur du cours (3,7 N/kg).
Corrigé
Convertir R : 3 390 km = 3,39 × 106 m.
R2 = (3,39×106)2 = 1,15 × 1013 m2.
gMars = G × M / R2 = 6,67×10−11 × 6,39×1023 / (1,15×1013)
= (6,67×6,39/1,15) × 10−11+23−13 ≈ 37,1 × 10−1 = 3,71 N/kg.
On retrouve bien la valeur de 3,7 N/kg.
3. Exercice 3 – Sans contact mais toujours là
La Station spatiale internationale (ISS) se trouve à environ 400 km d'altitude. Les astronautes y sont en état d'apesanteur.
a) En utilisant la loi de la gravitation universelle, explique pourquoi la Terre exerce toujours une force non nulle sur l'ISS (donne la direction de cette force).
b) Explique alors pourquoi les astronautes semblent flotter.
Corrigé
a) La loi F = G × MTerre × mISS / d2 montre que la force n'est jamais nulle, elle diminue avec la distance mais ici d = RTerre + 400 km est encore petit devant la taille du système ; la direction est la ligne Terre-station, vers le centre de la Terre.
b) L'apesanteur apparente est due au fait que l'ISS et les astronautes sont en chute libre autour de la Terre : ils « tombent » ensemble, sans contact avec le sol. La gravité est bien présente, mais aucun appui ne s'y oppose, d'où l'impression de flotter.