Poids

D'après le BIPM[2] :

1. Le terme poids désigne une grandeur de la même nature qu'une force ; le poids d'un corps est le produit de la masse de ce corps par l'accélération de la pesanteur ; en particulier, le poids normal d'un corps est le produit de la masse de ce corps par l'accélération normale de la pesanteur ;
2. Le nombre adopté dans le Système international des Poids et Mesures pour la valeur de l'accélération normale de la pesanteur est 980,665 cm/s², nombre sanctionné déjà par quelques législations.

Le poids d'un corps (de masse m) est la force de pesanteur exercée sur lui et qui s'oppose à la force résultante de celles qui le maintiennent à l'équilibre dans le référentiel terrestre (c’est-à-dire, lié à l'objet solide Terre en rotation). Cette définition fait que sa détermination expérimentale est aisée, par exemple à l'aide d'un fil à plomb maintenu à l'équilibre : le poids est défini comme l'opposé de la tension du fil et sa direction est celle du fil[3]. La direction du fil définit la verticale.

D'une manière générale, le poids est la somme de l'attraction universelle des autres masses et de la force d'inertie d'entraînement due au fait que le référentiel terrestre n'est pas un référentiel galiléen. Quel que soit le corps, le rapport du poids (${\displaystyle {\vec {P}}}$) à sa masse (m) est identique et noté ${\displaystyle {\vec {g}}}$ :

${\displaystyle {\vec {P}}=m\cdot {\vec {g}}}$ où ${\displaystyle {\vec {g}}}$ est l'accélération de la pesanteur (${\displaystyle g=||{\vec {g}}||}$ est en m s⁻², qui est l'unité de l'accélération).

Sur Terre, cette accélération est d'environ 9,81 m/s². Les écarts (toujours locaux) entre le champ de pesanteur théorique et le champ mesuré sont appelés des anomalies de pesanteurs. Le poids P s'exprime en newtons (N) et la masse m étant en kilogrammes (kg). Ainsi, une masse de 100 g (0,1 kg) a un poids d'environ 1 N, une masse de 1 kg a un poids d'environ 10 N, une masse de 10 kg a un poids d'environ 100 N. C'est la raison pour laquelle, dans les domaines techniques, on travaille souvent en décanewtons (daN) : un objet de 1 kg a un poids d'environ 1 daN ; auparavant, on utilisait le kilogramme-force (kgf), unité désuète.

La notion de poids n'est pas uniquement terrestre et peut être étendue aux autres planètes. Par ailleurs, la rotation de la Terre provoque une force centrifuge qui contribue également au poids.

Le poids est une force, son intensité s'exprime donc en newtons (N), ou éventuellement en décanewtons (daN) ou kilonewtons (kN). Dans le langage courant, on assimile le poids à la masse et on l'exprime de manière erronée en kilogrammes. Si le poids d'un corps dépend de sa position sur la Terre (ou si on le considère à la surface d'une planète plus ou moins grosse), sa masse n'en dépend pas.

Par exemple, si l'on pesait un objet sous l'eau, la poussée d'Archimède ferait paraître l'objet plus léger et le poids mesuré serait inférieur au poids réel. Évidemment, dans la vie quotidienne, quand on pèse un objet, la poussée d'Archimède exercée par l'air ambiant est à toutes fins utiles négligeable.

Pesons un objet en le suspendant à un dynamomètre. Il sera effectivement soumis à deux forces : son poids, orienté vers le bas[alpha 2], et la force exercée par le dynamomètre, orientée vers le haut. Quand l'objet n'accélère pas, les deux forces ont la même grandeur et le dynamomètre indique le poids réel de l'objet. Toutefois, si l'on effectue la mesure dans un ascenseur pendant que celui-ci se met en mouvement vers le haut, la force exercée par le dynamomètre sera supérieure au poids (du moins aux yeux d'un observateur immobile situé à l'extérieur de l'ascenseur), conformément à la deuxième loi du mouvement de Newton :

${\displaystyle F-P=m\,a}$,

où F est la force exercée par le dynamomètre, P le poids de l'objet et a l'accélération de l'ascenseur (et du dynamomètre).

Étant donné que le poids indiqué par le dynamomètre correspond à l'intensité F de la force qu'exerce sur lui l'objet à peser[alpha 3] (cette force étant la réaction à la force que le dynamomètre exerce sur l'objet), ce poids « apparent » est supérieur au poids réel (${\displaystyle F>P}$, car ${\displaystyle a>0}$).

Pour un observateur situé dans l'ascenseur, l'objet à peser apparaît évidemment immobile. En ce cas, pour expliquer que la force exercée par le dynamomètre est supérieure au poids réel de l'objet, on doit faire intervenir une force d'inertie orientée vers le bas.

Le poids normal d'une personne de 70 kg soumise à l'accélération de la pesanteur g = 9,8 m/s² est égal à mg, vaut (70 kg) × (9,8 m/s²) = 686 N.

Dans un ascenseur qui décélère à 2 m/s², la personne est soumise à deux forces : d'une part son poids réel P, orienté vers le bas, et d'autre part la réaction N, orientée vers le haut, exercée sur elle par le plancher de l'ascenseur (ou le pèse-personne sur lequel elle se tient). Quand l'ascenseur freine, son accélération est orientée dans le sens opposé à la vitesse, c'est-à-dire en l'occurrence vers le bas (et donc négative en valeur algébrique, l'axe de référence restant orienté vers le haut). On écrira donc, conformément à la deuxième loi de Newton :

${\displaystyle N-P=m\,a\ }$ avec ${\displaystyle \ P=m\,g}$

donc :

${\displaystyle N=m\,(g+a)=}$ (70 kg) × [(9,8 m/s²) − (2 m/s²)] = 546 N.

On obtient un poids apparent de 546 N, inférieur au poids réel (686 N).

L'état d'impesanteur expérimenté par les spationautes est dû à la chute libre de leur habitacle spatial, en orbite autour de la Terre. En orbite, la force d'inertie ressentie par les astronautes annule leur poids apparent, bien que leur poids réel, à 386 km d'altitude, ne soit qu'environ 11 % plus faible que sur Terre.

Le poids, en mathématiques, est aussi la valeur que l'on attribue à un symbole en fonction de sa place dans un nombre.

exemple : 101 = 100 + 1. Le premier '1' a un poids de 100 (car en troisième position en partant de la droite), tandis que le second '1' à un poids unité (première position en partant de la droite). L'association des deux forme la valeur 101.

Le poids est aussi le coefficient ou pondération affecté à un point dans un barycentre (en référence à la physique où le barycentre fait appel aux masses)

exemple: si G est le barycentre du système {(A , 1)(B , 3)}, on dit que A est affecté du poids 1 et B du poids 3.

En informatique, le terme poids et ses qualificatifs associés sont couramment employés pour désigner la taille d'un fichier (« poids d'un fichier », « fichier lourd », « fichier léger »), et la consommation des ressources d'un processus (« processus léger »).

• Poids dans un ascenseur

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