ACTIVITÉ EXPÉRIMENTALE


2
Déterminer une masse sans balance





Doc. 1
Une balance à plateaux

Une balance à plateaux

Compétence

MATH : Utiliser le modèle du vecteur en physique

Supplément numérique

Retrouvez des coups de pouce pour réaliser le protocole en consultant la fiche méthode 3 sur les vecteurs.

Donnée

  • Intensité de la pesanteur : g=g= 9,81 N\cdotkg-1.

Questions

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1. Doc. 1 Expliquer brièvement comment fonctionne ce type de balance.


2. Doc. 1 Citer au moins un inconvénient d’une balance à plateaux.


3. Doc. 2 et doc. 3 Trois objets de masse inconnue sont fournis. Déterminer expérimentalement leur masse. Cela aurait-il été possible avec une balance à plateaux ayant des masses de référence de 100 g, 200 g, 500 g, 1 kg, 2 kg et 5 kg ?

Par intuition

Deux poulies et deux masses peuvent-elles vraiment remplacer une balance ?

Doc. 3
Matériel nécessaire

  • Une feuille A3, quadrillée de préférence ;
  • Deux poulies ;
  • Des supports et un panneau pour fixer les poulies ;
  • Du fil inextensible ;
  • Deux masses de référence (mm1 == 2 kg et mm2 == 3 kg).

Direction des forces

Les deux poulies sont attachées en haut du panneau. On fait passer dans chacune des poulies un morceau de fil auquel on suspend une des masses marquées. Les deux extrémités restantes des fils sont alors nouées ensemble. On ajoute à ce nœud un troisième fil auquel on suspend l’objet de masse inconnue. En fixant une feuille sur le panneau, il est possible de repérer la position du nœud ainsi que la direction des trois forces.

Synthèse de l'activité

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Quelle a été la représentation mathématique de la force utilisée dans cette activité ? L’activité aurait-elle été possible en ne raisonnant que sur les valeurs des forces ?

Avant le développement des balances à ressort, la plupart des balances reposaient sur la comparaison successive de l’objet de masse inconnue avec une série d’objets dont la masse était connue, appelés « masses marquées » ou « masses de référence ».

➜ Comment exploiter l’équilibre des forces pour effectuer une mesure ?


Doc. 2
Forces s’exerçant sur un solide au repos

Si un solide est immobile dans un référentiel (on dit aussi qu’il est au repos), alors les forces qui s’exercent sur lui se compensent.

Autrement dit, la somme vectorielle des forces qui s’exercent sur lui, que l’on appelle force résultante, est égale au vecteur nul.

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