Avez-vous bien compris les différents tableaux des unités ?

Problème : En 1969, sur la Lune, Neil Amstrong se sentit six fois plus léger. Un objet d'une masse de 12 kg est emporté sur la Lune par un astronaute ; quelle sera la masse de cet objet sur le satellite de la Terre ?

Ceux qui ont répondu " 2 kg " vont au piquet. Ils ont confondu la masse et le poids. Bien entendu, Amstrong pesait six fois moins que sur la terre mais sa masse, tout comme celle de l’objet, ne peut changer puisqu'elle se définit comme " la quantité de matière que contient un corps ". 

La plus grande confusion règne dans ce domaine et vous êtes excusable. Poids de la boîte haricots verts : 1 kg ; Poids de la petite cousine : 27 kg ; Poids du paquet-poste : 820 g. Erreur, erreur, erreur ! Le kilogramme est l'unité de la masse, le poids s'exprime en newtons : 1 N est défini comme la force qui donne une accélération de 1 m par seconde au carré (1m/s²) à une masse de 1 kg. Le poids est donc une force et elle se caractérise par une direction et une intensité. La direction se détermine facilement : lâchez un objet, il tombe et pointe vers le centre de la Terre. Pour l'intensité (P), un calcul est nécessaire : elle est égale au produit de la masse (m) par l'accélération de la pesanteur locale (g), soit mg. Sur Terre, g vaut en moyenne 9,81 m/s², sur la Lune, 1,63 m/s². Plus l'astre est gros et massif, plus l'attraction qu'il exerce sur un objet est grande. Ainsi, de la Terre à la Lune, la masse du vase n'aura pas changé d'un iota, mais son poids, lui, sera six fois plus faible. L’objet pèsera 118 N sur Terre pour seulement 20 N sur la Lune. 

La lune ne fait pas exception à la loi. Sous l'effet de la gravitation universelle, elle est attirée par la Terre. Mais, comme elle tourne en rond, cette force d’éjection (force centrifuge) s'oppose à la chute vers la Terre. Les satellites sont soumis aux mêmes forces opposées pour rester en orbite. Chaque altitude a sa vitesse de rotation. À 384 000 km de la Terre, la Lune fait du 1 km/s. À 36 000 km d'altitude, un satellite géostationnaire file à 3 km/s. Afin de ne pas chuter depuis ses 400 km la station spatiale russe Mir exigeait du 76 km/s, plus de 27 000 km/h. 

Problème : Dans la main droite, une pomme ; dans la main gauche, une plume. Les deux mains à la même hauteur, on lâche les deux au même instant : qui sera la première arrivée sur le sol ?

Les deux arrivent au même instant. Mais si, mais si ! Quelle que soit la masse d'un objet, porte-avions ou plume d’oie, quelle que soit sa nature - métal, bois, plastique ou œufs à la neige - ils sont tous égaux devant la gravité. Ils chutent à la même vitesse parce qu'ils subissent la même accélération de la pesanteur (g).

Bien sûr, lorsque l’on fait cette expérience à l'air libre, ça en marche pas !

Forcément, la résistance de l'air est là. Or, une pomme et une plume n'ont pas le même profil, le même aérodynamisme. La pomme glisse mieux dans l'air que la plume. Le fruit arrive toujours en tête.

Dans le vide, il n’y a aucune résistance due à l’air et les deux objets chutent bien à la même vitesse et arrivent au sol en même temps.

Pourquoi, quelquefois, 1 kg  de plumes pèse-t-il plus que 1 kg de plomb ?

A - Mettre sur les plateaux d'une balance à fléau (de type Roberval) "1kg" de plumes et "1kg" de plomb. La balance est à l’équilibre parfait.

B - Recouvrir-le tout d'une cloche en verre posée sur un socle étanche. Faire le vide. Oui, c’est bien ça, l'aiguille penche du coté des plumes. Les plumes sont plus lourdes que le plomb ; effarant, non !

Le résultat n’est que pure loi de la physique.

En A, on a comparé les poids apparents. Ceux que l’on utilise au quotidien.

En B, ce sont  les poids réels qui sont sur la balance. La différence entre ces deux poids, c'est la poussée d'Archimède. Elle est beaucoup plus faible dans l’air que dans l’eau ; vu le volume beaucoup plus important pour les plumes que pour le plomb, la poussée d’Archimède est suffisante pour faire pencher la balance du côté des plumes une fois qu’elle est supprimée.