Programme en vigueur — arrêté du 9 novembre 2015, applicable en 4ème depuis la rentrée 2016. Voir le texte
Force : caractéristiques (point d'application, direction, sens, valeur). Poids et masse : P = m × g. Équilibre des forces. Pression : P = F/S (en Pa). Pression dans un fluide (eau, air).
La règle d'or
Le poids est une force, se mesure en newtons et change selon l'astre, quand la masse est une quantité de matière, se mesure en kilogrammes et ne change jamais.
L'erreur que tout le monde fait
Dire qu'un astronaute est plus léger sur la Lune parce qu'il y a moins de masse.
Sa masse est exactement la même sur la Lune que sur Terre : c'est l'intensité de la pesanteur qui y est environ six fois plus faible, et donc son poids.
La masse voyage sans changer, le poids dépend de l'astre.
Une punaise s'enfonce dans un mur sous la simple pression d'un pouce ; le même pouce appuyé sur la tête plate ne fait rien. La force est pourtant identique. Ce qui change, c'est la surface sur laquelle elle s'applique — et c'est cette distinction entre force et pression qui explique aussi bien les raquettes à neige que les semelles des chameaux et la résistance d'un barrage.
1Ce qu'est une force
Définition
force — Une force modélise une action mécanique exercée par un objet sur un autre. Elle se décrit par quatre caractéristiques, et une réponse qui en oublie une est incomplète : son point d'application, sa direction — la droite qui la porte —, son sens sur cette droite, et sa valeur, exprimée en newtons. On la représente par une flèche dont la longueur traduit la valeur.
Les quatre caractéristiques d'une force se lisent toutes sur la flèche qui la représente.
2Le poids et la masse
Définition
poids et masse — La masse est la quantité de matière d'un objet : elle se mesure en kilogrammes avec une balance, et elle ne change pas selon le lieu. Le poids est la force d'attraction exercée par un astre sur cet objet : il se mesure en newtons avec un dynamomètre, et il dépend de l'astre. Ce sont deux grandeurs différentes, avec deux unités différentes.
P=m×g
Règle
Le coefficient g s'appelle l'intensité de la pesanteur. Il vaut environ 9,8 N/kg à la surface de la Terre — souvent arrondi à 10 pour un calcul mental — et environ 1,6 N/kg sur la Lune. C'est lui, et lui seul, qui change d'un astre à l'autre : la masse d'un objet transporté sur la Lune reste la même, son poids y est six fois plus faible.
Exemple
Une personne a une masse de 60 kg. Calculer son poids sur Terre, puis sur la Lune.
Sur Terre, avec une intensité de pesanteur de 9,8 N/kg :60×9,8=588
Sur la Lune, avec 1,6 N/kg :60×1,6=96
Le rapport entre les deux poids :588÷96≈6,1
Sa masse est restée 60 kg dans les deux cas : c'est la même quantité de matière, attirée par un astre moins massif.
588 N sur Terre, 96 N sur la Lune — pour une même masse de 60 kg
Piège
Écrire « je pèse 60 kg » dans une réponse de physique, ou donner un poids en kilogrammes.
Pourquoi — Le langage courant confond les deux, la physique non. Le kilogramme mesure une masse ; le newton mesure une force, donc un poids. Répondre « 60 kg » à une question sur le poids, c'est se tromper d'unité et donc de grandeur — et rendre impossible le calcul suivant, qui portera sur la Lune ou sur un équilibre de forces.
Le réflexe — Associer une unité à chaque mot dès le brouillon : masse → kg, poids → N. Une réponse dont l'unité est fausse ne peut pas être juste.
3L'équilibre des forces
Règle
Deux forces se compensent lorsqu'elles ont la même droite d'action, la même valeur et des sens opposés. Un objet immobile posé sur une table est dans ce cas : son poids, dirigé vers le bas, est compensé par la réaction du support, dirigée vers le haut. Un objet dont les forces se compensent reste immobile ou poursuit un mouvement rectiligne uniforme — c'est le principe d'inertie, que la 3ᵉ reprendra.
Un objet immobile n'est donc pas un objet sur lequel rien ne s'exerce : c'est un objet sur lequel les actions se neutralisent. La distinction paraît subtile et elle décide de tout : elle explique pourquoi un livre posé sur une table n'écrase pas la table, et pourquoi il tombe dès qu'on la retire.
4La pression
Définition
pression — La pression exercée par une force sur une surface est le quotient de la valeur de cette force par l'aire de la surface pressée. Elle s'exprime en pascals : un pascal correspond à une force d'un newton répartie sur un mètre carré. Une même force produit donc des pressions très différentes selon la surface sur laquelle elle s'applique.
p=SF
Même poids, deux surfaces d'appui : c'est la pression qui change, pas la force.
Calculer une pression
Identifier la force pressante et la calculer si nécessaire — c'est souvent le poids.
Déterminer l'aire de la surface réellement en contact, et la convertir en mètres carrés.
Diviser la force par cette aire.600÷0,03=20000
Contrôler le sens : diviser par une petite surface doit donner une grande pression.
Écrire le résultat en pascals, ou en kilopascals si le nombre devient encombrant.
Piège
Diviser par la surface totale de l'objet au lieu de la surface en contact.
Pourquoi — Seule la surface qui touche le support transmet la force. Une personne debout sur ses deux pieds n'appuie que sur la semelle de ses chaussures, pas sur la totalité de son corps. Prendre la mauvaise aire fausse le résultat d'un facteur qui peut atteindre plusieurs centaines, et rend incompréhensibles les raquettes à neige comme le talon aiguille.
Le réflexe — Repasser au crayon la zone de contact sur le schéma avant de calculer. C'est elle, et rien d'autre, qui entre au dénominateur.
Dans un fluide — liquide ou gaz — la pression augmente avec la profondeur, parce que la colonne de fluide au-dessus pèse davantage. C'est ce qui impose aux plongeurs des paliers de remontée, ce qui fait qu'un barrage est plus épais à sa base qu'à son sommet, et ce qui explique que la pression atmosphérique diminue quand on monte en altitude.
▢Ai-je donné les quatre caractéristiques de la force, sans en oublier une ?
▢Masse → kg, poids → N : mes unités correspondent-elles à la grandeur ?
▢Ai-je employé la bonne intensité de pesanteur selon l'astre ?
▢Pour un équilibre, les deux forces ont-elles même droite, même valeur, sens opposés ?
▢Ma surface est-elle celle en contact, convertie en mètres carrés ?
▢Petite surface → grande pression : mon résultat va-t-il dans ce sens ?
▢Ai-je écrit l'unité — newton, kilogramme, pascal ?
L'essentiel en 10 points
·Une force se décrit par quatre caractéristiques : point d'application, direction, sens, valeur.
·Masse en kilogrammes, constante · poids en newtons, variable selon l'astre.
·P=m×g, avec g≈9,8 N/kg sur Terre et ≈1,6 N/kg sur la Lune.
·Deux forces se compensent : même droite, même valeur, sens opposés.
·Un objet immobile ne subit pas « rien » : ce qui s'exerce sur lui se neutralise.
·p=SF en pascals — la surface est celle en contact, en mètres carrés.
·1 cm² = 0,0001 m². C'est la conversion qui fait le plus d'erreurs du chapitre.
·Petite surface → grande pression : la punaise, le talon aiguille, le couteau aiguisé.
·Grande surface → faible pression : les raquettes à neige, les chenilles, les pneus larges.
·Dans un fluide, la pression augmente avec la profondeur — d'où l'épaisseur d'un barrage.
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Fiche PDF — Mécanique — Forces et pression
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Trois documents à imprimer, 7 pages en tout : le cours, les exercices avec la place pour écrire, et le corrigé détaillé avec son barème.
Poids et masse. Calculer en utilisant 9,8 N/kg sur Terre et 1,6 N/kg sur la Lune.
Calculer
a.Un sac de 5 kg sur Terre : quel est son poids ?
b.Le même sac emporté sur la Lune : quelle est sa masse ? quel est son poids ?
c.Un objet pèse 49 N sur Terre. Quelle est sa masse ?
›Voir le corrigéMasquer le corrigé
a. On multiplie la masse par l'intensité de pesanteur :5×9,8=49
Son poids vaut 49 N.
b. Sa masse reste 5 kg — elle ne dépend pas de l'astre. Son poids devient :5×1,6=8
Soit 8 N, environ six fois moins que sur Terre.
c. On remonte la relation en divisant :49÷9,8=5
Sa masse est de 5 kg.
2
Décrire complètement chaque force en donnant ses quatre caractéristiques.
Modéliser
a.Le poids d'un livre de 0,5 kg posé sur une table.
b.La réaction de la table sur ce livre.
c.Ces deux forces se compensent-elles ? Justifier point par point.
›Voir le corrigéMasquer le corrigé
a. Point d'application : le centre du livre. Direction : la verticale. Sens : vers le bas. Valeur :0,5×9,8=4,9
Soit 4,9 N.
b. Point d'application : la surface de contact avec la table. Direction : la verticale, la même. Sens : vers le haut. Valeur : 4,9 N également.
c. Oui. Même droite d'action — la verticale ; même valeur — 4,9 N ; sens opposés. Les trois conditions sont réunies, et c'est bien pourquoi le livre reste immobile.
Attention à la formulation : le livre est immobile non pas parce que rien ne s'exerce sur lui, mais parce que ce qui s'exerce se neutralise.
3
Pression. Une personne pesant 600 N se tient debout.
Calculer
a.Ses chaussures ont une surface de contact totale de 0,03 m². Calculer la pression exercée sur le sol.
b.Elle chausse des raquettes à neige de 0,3 m² au total. Calculer la nouvelle pression.
c.Par combien la pression a-t-elle été divisée ? Son poids a-t-il changé ?
›Voir le corrigéMasquer le corrigé
a. On divise la force par la surface de contact :600÷0,03=20000
Soit 20 000 Pa, c'est-à-dire 20 kPa.
b. Avec les raquettes :600÷0,3=2000
Soit 2 000 Pa.
c. La pression a été divisée par dix :20000÷2000=10
Le poids n'a pas changé — c'est toujours 600 N. Seule la surface de contact a été multipliée par dix, et c'est ce qui empêche de s'enfoncer dans la neige.
4
La même personne de 600 N se tient un instant sur un seul talon aiguille, dont la surface de contact vaut 1 cm².
Modéliser
a.Convertir 1 cm² en mètres carrés.
b.Calculer la pression exercée.
c.Comparer à la pression sous des chaussures ordinaires, calculée à l'exercice 3.
d.Expliquer pourquoi un talon aiguille marque un parquet et pas une semelle plate.
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a. Un mètre vaut 100 cm, donc un mètre carré vaut 10 000 cm². On divise :1÷10000=0,0001
b. On applique la définition de la pression :600÷0,0001=6000000
Soit 6 000 000 Pa, c'est-à-dire 6 MPa.
c. Le rapport avec les 20 000 Pa de l'exercice 3 :6000000÷20000=300
La pression est trois cents fois plus élevée, pour exactement le même poids.
d. Parce que ce qui abîme un matériau n'est pas la force mais la pression : le bois cède au-delà d'une certaine pression, et une surface minuscule la fait franchir sans qu'il faille peser davantage.
5
Vrai ou faux ? Corriger chaque affirmation fausse.
Raisonner
a.« Sur la Lune, on a moins de masse que sur Terre. »
b.« Un objet immobile ne subit aucune force. »
c.« Pour augmenter la pression, il faut appuyer plus fort. »
d.« La pression dans l'eau est la même à toutes les profondeurs. »
›Voir le corrigéMasquer le corrigé
a. Faux. La masse est la même partout : c'est le poids qui diminue, parce que l'intensité de pesanteur lunaire vaut environ 1,6 N/kg contre 9,8 sur Terre.
b. Faux. Il subit des forces qui se compensent. Un livre posé sur une table subit son poids et la réaction du support, égaux et opposés.
c. Faux, ou plutôt incomplet. On peut aussi diminuer la surface de contact : c'est exactement ce que fait une pointe de punaise, sans qu'on appuie davantage.
d. Faux. Elle augmente avec la profondeur, parce que la colonne d'eau au-dessus pèse davantage. C'est pourquoi un barrage est plus épais à sa base.
6
Un aquarium rempli d'eau a une masse totale de 80 kg. Sa base rectangulaire mesure 80 cm sur 40 cm.
Modéliser
a.Calculer le poids de l'aquarium rempli.
b.Calculer l'aire de sa base en mètres carrés.
c.En déduire la pression exercée sur le meuble qui le supporte.
d.Le même aquarium est posé sur quatre pieds de 5 cm × 5 cm chacun. Calculer la nouvelle pression et commenter.
›Voir le corrigéMasquer le corrigé
a. Le poids est le produit de la masse par l'intensité de pesanteur :80×9,8=784
b. On convertit d'abord en mètres : 80 cm font 0,8 m et 40 cm font 0,4 m.0,8×0,4=0,32
c. On divise le poids par cette aire :784÷0,32=2450
Soit 2 450 Pa.
d. Chaque pied a une aire de 25 cm², donc les quatre totalisent 100 cm², soit 0,01 m².784÷0,01=78400
La pression passe à 78 400 Pa, soit trente-deux fois plus, sans que l'aquarium ait pris un gramme. C'est pourquoi un meuble supporte une charge répartie qu'il ne supporterait pas sur quatre points — et pourquoi on interpose une planche sous les pieds.
Ce qui rapporte des points, ce qui en coûte
Donner les quatre caractéristiques d'une force2 ptsPerdu si : S'arrêter à la valeur et au sens
Employer le kilogramme pour la masse et le newton pour le poids2 ptsPerdu si : Annoncer un poids en kilogrammes, donc se tromper de grandeur
Distinguer ce qui change et ce qui reste sur un autre astre2 ptsPerdu si : Faire varier la masse sur la Lune
Prendre la surface réellement en contact et la convertir en m²3 ptsPerdu si : Diviser par une aire en centimètres carrés, et se tromper d'un facteur dix mille
Vérifier qu'une petite surface donne une grande pression2 ptsPerdu si : Rendre un résultat que ce contrôle aurait invalidé
Justifier un équilibre par les trois conditions2 ptsPerdu si : Écrire qu'aucune force ne s'exerce sur un objet immobile
4
La méthode
Calculer un poids ou une pression
1
Identifier la grandeur cherchée et l'unité attendue : le newton pour une force, le pascal pour une pression.
2
Convertir les masses en kilogrammes et les surfaces en mètres carrés avant tout calcul.
3
Appliquer P = m × g pour un poids, avec g d'environ 9,8 newtons par kilogramme sur Terre.
4
Appliquer p = F / S pour une pression, la force étant perpendiculaire à la surface.
P majuscule pour le poids, p minuscule pour la pression : la confusion des deux est classique.
5
Vérifier que le résultat porte bien l'unité attendue.
5
Se tester
Touches 1 à 4
Physique-Chimie4ème
Question 1
Lors d'un match de football, un ballon de masse m=420 g est posé au sol. On donne g=9,8N/kg. Quelle est la valeur du poids du ballon ?
Aucun compte requis — réponds, la correction s'affiche aussitôt.
4 contrôles sur ce chapitre, chacun avec sa durée, son barème sur vingt et un corrigé qui explique chaque réponse. Trois niveaux — Essentiel, Standard, Approfondi — se complètent sans reposer une question : on commence par celui qui correspond, et la note dit lequel faire ensuite.
Mécanique — Forces et pression : c'est en quelle classe ?+
Ce chapitre est au programme de Physique-Chimie au collège, en classe de 4ème. Il est défini par le Bulletin Officiel de l'Éducation nationale, le texte de référence qui fixe ce qui doit être enseigné dans chaque matière.
Que faut-il savoir sur Mécanique — Forces et pression ?+
Force : caractéristiques (point d'application, direction, sens, valeur). Poids et masse : P = m × g. Équilibre des forces. Pression : P = F/S (en Pa). Pression dans un fluide (eau, air). Les notions à maîtriser sont : force, poids, masse, pesanteur, pression, équilibre.
Où télécharger la fiche PDF de Mécanique — Forces et pression ?+
Sur cette page, dans le bloc « Imprimer » : 3 documents à télécharger — le cours, les exercices et le corrigé — soit 7 pages au format A4, prêtes à imprimer. Le téléchargement est gratuit, immédiat, et ne demande ni compte ni adresse e-mail.
Le corrigé de Mécanique — Forces et pression est-il fourni ?+
Oui, et c'est un document à part : chaque exercice y est repris étape par étape, avec le barème détaillé en fin de fiche — ce qui est attendu, combien de points, et ce qui fait perdre le point. Un parent qui ne se souvient plus du programme peut corriger une copie avec.
Comment réviser Mécanique — Forces et pression efficacement ?+
Commence par lire la fiche de révision pour remettre la règle en place, puis enchaîne immédiatement sur le quiz de cette page. Répondre juste après avoir lu ne suffit pas : reviens sur le chapitre deux ou trois jours plus tard. C'est l'espacement des révisions, plus que leur durée, qui fait tenir une notion en mémoire. Une session de quinze minutes répétée vaut mieux qu'une heure unique.
Faut-il un compte pour s'entraîner sur Mécanique — Forces et pression ?+
Non. Les quiz, les corrections détaillées et les fiches de révision sont accessibles sans créer de compte et sans donner d'adresse e-mail. Le compte gratuit sert uniquement à conserver la progression d'un appareil à l'autre.
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