Cours de Physique — 7e AF

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PARTIE I — MESURES PHYSIQUES ET PROPRIÉTÉS DE LA MATIÈRE

CHAPITRE 1 — MESURE DE LA MASSE

Objectif spécifique

Utiliser correctement une balance pour effectuer des pesées entre 0 et 5 kg.

1.1. Qu’est-ce que la masse ?

Imagine que tu poses un livre, un cahier et une bouteille d’eau sur une table. Ces objets ne contiennent pas la même quantité de matière. Une balance permet de mesurer leur masse.

La masse est une grandeur physique qui caractérise la quantité de matière d’un corps. Elle ne dépend pas simplement de la taille de l’objet : un petit objet en métal peut avoir une masse supérieure à celle d’un gros objet en plastique.

Par exemple, un morceau de fer peut être plus lourd qu’une grosse boule de coton, même si le fer occupe moins de place.

1.2. Différence entre la masse et le poids

Dans la vie quotidienne, nous utilisons souvent les mots « masse » et « poids » comme s’ils avaient exactement le même sens. En physique, ils désignent deux grandeurs différentes.

• La masse se mesure avec une balance et s’exprime en grammes ou en kilogrammes.

• Le poids est la force avec laquelle un astre attire un corps. Il se mesure avec un dynamomètre et s’exprime en newtons (N).

Par exemple, une personne possède pratiquement la même masse sur la Terre et sur la Lune, mais son poids est plus faible sur la Lune parce que l’attraction gravitationnelle y est plus faible.

1.3. Conversion des unités de masse

Pour réussir les exercices, il faut savoir passer d’une unité à une autre.

Règle :

• Pour convertir des kilogrammes en grammes, on multiplie par 1 000.

• Pour convertir des grammes en kilogrammes, on divise par 1 000.

Exemple :

Et inversement :

1.4. Les instruments de pesée

Avant d’utiliser une balance, il faut vérifier sa capacité maximale. Pour peser un objet de 4 kg, on doit utiliser une balance dont la capacité est au moins égale à 4 kg.

Il faut aussi vérifier que la balance indique zéro avant de commencer la pesée.

1.5. Comment peser correctement un objet ?

Exemple : une balance affiche 750 g pour un livre.

On écrit : \(m=750\,g=0,75\,kg\).

La lettre \(m\) représente la masse.

1.6. Peser un objet dans un récipient : la tare

Supposons que tu veuilles mesurer la masse de farine contenue dans un bol. Si tu poses le bol rempli directement sur la balance, tu mesures la masse du bol et celle de la farine ensemble.

Pour mesurer uniquement la farine :

1. Pose le bol vide sur la balance.

2. Appuie sur le bouton « TARE » ou « ZERO ».

3. Vérifie que l’écran affiche zéro.

4. Ajoute la farine.

5. Lis la masse affichée.

Si la balance ne possède pas de fonction tare, on peut soustraire la masse du récipient vide de celle du récipient rempli.

Exemple : bol rempli = 1 200 g ; bol vide = 300 g.

1.7. Exercices d’assimilation

1.8. Travail pratique à la maison

Mission de jeune scientifique : choisis trois objets propres et sans danger parmi tes fournitures scolaires ou les objets domestiques autorisés par tes parents.

Si tu ne disposes pas de balance, indique que tu n’as pas pu effectuer la mesure réelle. Ne présente pas une estimation comme une mesure expérimentale.

CHAPITRE 2 — MESURE DES DIMENSIONS, DES SURFACES ET DES VOLUMES

Objectif spécifique

Mesurer les dimensions linéaires d’un solide de forme géométrique et calculer sa surface et son volume.

2.1. Les dimensions linéaires

Pour connaître la taille d’un objet, nous pouvons mesurer sa longueur, sa largeur, sa hauteur, son diamètre ou son rayon.

• Longueur (L) : mesure d’un objet dans le sens de sa plus grande dimension, selon la convention adoptée.

• Largeur (l) : mesure transversale de l’objet.

• Hauteur (h) : distance verticale entre le bas et le haut d’un objet.

• Rayon (r) : distance entre le centre d’un cercle et son bord.

• Diamètre (d) : distance qui traverse le cercle en passant par son centre.

Pour un cercle :

Les principales unités de longueur sont le millimètre (mm), le centimètre (cm) et le mètre (m).

2.2. Les instruments de mesure

Technique de mesure :

1. Place le zéro de la règle au début de l’objet.

2. Aligne correctement la règle avec le bord à mesurer.

3. Regarde la graduation située à l’autre extrémité.

4. Lis la valeur sans incliner ton regard.

5. Note le résultat avec son unité.

Attention : si le bord de la règle est abîmé, tu peux commencer à la graduation de 1 cm et soustraire cette valeur à la lecture finale.

2.3. Les solides géométriques usuels

2.4. Calcul de l’aire ou de la surface

L’aire mesure la surface d’une figure plane. Elle s’exprime en unités carrées : cm², m², etc.

A. Aire d’un rectangle

Exemple : un rectangle de 8 cm de longueur et de 3 cm de largeur a une aire de :

B. Aire d’un carré

Exemple : un carré de côté 5 cm a une aire de :

C. Aire totale d’un cube

Un cube possède six faces carrées identiques.

Exemple : pour un cube de côté 4 cm :

D. Aire totale d’un pavé droit

Exemple : une boîte mesure 8 cm de longueur, 4 cm de largeur et 3 cm de hauteur.

E. Surface du cylindre

La surface latérale d’un cylindre est :

Sa surface totale, comprenant les deux bases circulaires, est :

On utilise souvent \(\pi\approx3,14\).

2.5. Calcul du volume

Le volume représente l’espace occupé par un corps. Il s’exprime notamment en cm³, dm³ et m³.

A. Volume du cube

Exemple : pour un cube de côté 3 cm :

B. Volume du pavé droit

Exemple : une boîte mesure 10 cm × 5 cm × 4 cm.

C. Volume du cylindre

Exemple : un cylindre possède un rayon de 2 cm et une hauteur de 5 cm.

2.6. Exercices d’application

2.7. Travail pratique à réaliser

Mission : mesure et calcul !

Choisis une boîte, un livre ou un récipient cylindrique. Avec l’autorisation de tes parents, mesure ses dimensions et complète le tableau.

CHAPITRE 3 — MESURE DU VOLUME D’UN CORPS DE FORME NON GÉOMÉTRIQUE

Objectif spécifique

Mesurer le volume d’un corps de forme non géométrique par la méthode de l’immersion.

3.1. Qu’est-ce qu’un solide irrégulier ?

Certains objets possèdent des formes géométriques faciles à mesurer. Pour un cube, par exemple, on mesure une arête puis on utilise la formule \(V=c^3\).

Mais comment mesurer le volume d’une pierre qui possède une forme irrégulière ? Il est difficile d’utiliser directement une formule géométrique simple.

On peut alors utiliser la méthode du déplacement d’eau, également appelée méthode de l’immersion.

3.2. Principe de la méthode de l’immersion

Lorsqu’on plonge complètement un objet solide dans l’eau, cet objet occupe une place dans le récipient et déplace un volume d’eau égal à son propre volume, à condition qu’il soit entièrement immergé, qu’il ne se dissolve pas et qu’il ne réagisse pas avec l’eau.

On mesure le volume de l’eau avant et après l’immersion. La différence correspond au volume de l’objet.

• \(V_i\) : volume initial de l’eau.

• \(V_f\) : volume final après immersion.

• \(V_{\text{solide}}\) : volume de l’objet.

Exemple :

Une éprouvette contient initialement 40 mL d’eau. Après avoir immergé complètement une petite pierre, le niveau atteint 55 mL.

3.3. Comment réaliser l’expérience ?

Matériel nécessaire :

• Une éprouvette graduée.

• De l’eau.

• Une petite pierre propre ou un objet métallique approprié.

• Un récipient pour éviter les éclaboussures.

Étapes à suivre :

1. Verse une quantité d’eau dans l’éprouvette.

2. Lis le volume initial à hauteur des yeux.

3. Introduis doucement l’objet dans l’eau.

4. Vérifie que l’objet est complètement immergé.

5. Lis le volume final.

6. Soustrais le volume initial du volume final.

Attention : n’utilise pas un objet soluble, poreux ou susceptible de réagir avec l’eau. Évite les objets tranchants et demande de l’aide si le matériel en verre risque de se casser.

3.4. Exercices d’assimilation

3.5. Travail pratique à envoyer

Complète le tableau avec les résultats de ta propre expérience, si tu disposes du matériel.

Évaluation formative — Chapitres 1 à 3