Atelier découverte · Physique
Peser et mesurer
Une grosse balle peut être plus légère qu’une petite bille. Pèse avec une balance à plateaux, utilise la tare comme en cuisine, puis trouve le volume d’un caillou avec un peu d’eau.
Les objets : touche-les pour les poser, ou fais-les glisser sur un plateau
La boîte de masses marquées (elles vont sur le plateau de droite)
Cette balance n’a pas de touche TARE : plateau vide, son aiguille est sur 0.
Sur la balance (touche pour poser ou enlever)
La farine, dans le bol
L’échelle des masses
- ttonneune petite voiture : environ 1 t
- kgkilogrammeun paquet de sucre : 1 kg
- ggrammeune pièce de 1 € : 7,5 g
- mgmilligrammeun grain de riz cru : 20 à 30 mg
Chaque marche vers le bas : une unité 1 000 fois plus petite. Il en faut 1 000 pour faire l’unité du dessus. 1 t = 1 000 kg, 1 kg = 1 000 g, 1 g = 1 000 mg.
Plonger dans l’éprouvette (touche encore pour retirer)
Palier 1 · DécouvrirLequel est le plus lourd ?
La balance à plateaux
- Touche un objet : il se pose sur le plateau de gauche. Touche un deuxième objet : il va sur le plateau de droite.
- Le plateau qui descend porte ce qui est le plus lourd.
- Quand les deux plateaux sont à la même hauteur et que l’aiguille est sur le trait du milieu, la balance est en équilibre : les deux côtés ont la même masse.
La masse, c’est ce que mesure une balance : la quantité de matière d’un objet. Elle se mesure en grammes (g).
Gros ou lourd ?
On croit souvent qu’un gros objet est forcément lourd. Teste avec la balle de ping-pong et la petite bille d’acier.
Que montre la balance ?
Regarde quel plateau descend. C’est celui de la bille : la balle est plus grosse, mais plus légère.
Oui ! La balle est creuse, avec une paroi très fine : peu de matière. La bille est pleine d’acier. Gros ne veut pas dire lourd.
Si elles avaient la même masse, la balance serait en équilibre. Est-ce le cas ?
Peser avec des masses marquées
Les masses marquées sont de petits poids en laiton. Leur masse est écrite dessus. Elles servent à mesurer la masse d’un objet.
- Pose l’objet sur le plateau de gauche.
- Pose une masse marquée sur le plateau de droite. Commence par une grosse. Si elle fait trop pencher à droite, enlève-la et prends-en une plus petite.
- Quand la balance est en équilibre, additionne les masses posées : c’est la masse de l’objet.
Essaie avec l’œuf : avec 50 g + 10 g sur le plateau de droite, la balance est en équilibre. L’œuf a une masse de 60 g.
Parfois, la balance ne tombe jamais pile en équilibre : l’objet est entre deux masses. La plus petite masse de la boîte, 1 g, dit jusqu’où ta pesée peut être précise.
Palier 2 · ComprendreLa tare, les grammes et les kilos
Peser ce qu’il y a dans le bol
Pose le bol vide sur la balance de cuisine : elle affiche sa masse. Verse de la farine : le nombre augmente. Mais ce nombre compte le bol ET la farine.
Pour connaître la masse de la farine seule, il y a deux façons :
- Calculer : la masse du bol plein, moins la masse du bol vide.
- Tarer : le bol vide posé, appuie sur TARE. La balance affiche 0. Ensuite, elle n’affiche que ce que tu ajoutes.
La masse de ce qu’il y a dans le bol
farine = bol plein − bol vide
La touche TARE fait cette soustraction à ta place : au moment où tu appuies, elle retient la masse du bol vide, puis elle l’enlève de tout ce qu’elle affiche.
Le bol vide est posé. Tu appuies sur TARE, puis tu verses du sucre jusqu’à lire 200 g. Combien de sucre y a-t-il dans le bol ?
Oui : après la tare, la balance ne compte plus le bol. Ce qu’elle affiche, c’est le sucre seul.
La tare a remis l’affichage à 0 avec le bol posé : le bol n’est plus compté. Que reste-t-il dans le nombre affiché ?
Pas besoin : la balance a mesuré le bol pour toi, au moment où tu as appuyé sur TARE.
Des grammes et des kilos
Les grandes masses se mesurent en kilogrammes (kg). 1 kg = 1 000 g : pose un paquet de sucre de 1 kg sur la balance électronique, elle affiche 1 000 g.
Ouvre « Les unités », au-dessus de la balance. À chaque marche, il y a un facteur 1 000 : 1 t = 1 000 kg, 1 kg = 1 000 g, 1 g = 1 000 mg.
Attention au piège : pour les longueurs, 1 m = 100 cm. Pour les masses, c’est 1 000 à chaque marche.
Lequel est le plus lourd : 1 kg de plumes, ou 900 g de plomb ?
Oui : 1 kg = 1 000 g, c’est plus que 900 g. Il faudrait un énorme sac de plumes, mais il serait plus lourd que le petit bloc de plomb.
Le plomb est très lourd pour sa taille, c’est vrai. Mais ici, on compare deux masses : 1 kg, ça fait combien de grammes ?
Écris les deux masses en grammes avant de comparer : 1 kg, ça fait combien de grammes ?
Lire une balance à aiguille
Passe la balance de cuisine sur « À aiguille ». Aucun nombre ne s’affiche : il faut lire où pointe l’aiguille.
- Repère les deux nombres écrits de chaque côté de l’aiguille.
- Compte les petits intervalles entre ces deux nombres. Entre 0 et 100, il y en a 5 : chaque petit trait vaut 100 ÷ 5 = 20 g.
- Pars du nombre d’en dessous et compte les traits jusqu’à l’aiguille.
Essaie avec le bol vide : l’aiguille est 1 trait après 300, donc 300 g + 20 g = 320 g.
Palier 3 · Aller plus loinLe volume d’un caillou
Mesurer un volume avec de l’eau
Le volume, c’est la place que prend un objet. Celui d’un liquide se lit sur une éprouvette graduée, en millilitres (mL). 1 mL, c’est la place d’un petit cube de 1 cm de côté : 1 mL = 1 cm³.
- Lis le niveau de l’eau dans la loupe, à droite de l’éprouvette.
- Plonge le caillou. Il prend la place d’une partie de l’eau, et l’eau monte.
- Lis le nouveau niveau.
- Le volume du caillou, c’est de combien l’eau est montée.
Le caillou doit être entièrement sous l’eau. Sinon, l’eau ne monte que du volume de la partie mouillée.
Le volume d’un objet plongé
volume du caillou = niveau après − niveau avant
Pour bien lire : près du verre, la surface de l’eau remonte un peu, en formant une courbe. C’est le ménisque. On lit toujours le bas de la courbe, les yeux à la hauteur de l’eau. Et sur cette éprouvette, chaque petit trait vaut 2 mL.
Dans la loupe, où lis-tu le niveau de l’eau ?
Le bord remonte le long du verre : il donne un peu trop. On lit le bas de la courbe, là où la surface est plate.
Oui : le bas de la courbe, là où la surface est plate. C’est là que les graduations sont réglées.
Même volume, masses différentes
L’éprouvette est posée sur une balance. Vide-la, appuie sur TARE, puis verse de l’eau jusqu’au trait 100 : la balance affiche environ 100 g. 1 mL d’eau a une masse d’environ 1 g.
Plonge maintenant le gros caillou : l’eau monte de son volume, et la balance compte aussi sa masse.
Le caillou et l’eau qu’il fait monter ont le même volume. Lequel est le plus lourd ?
Oui. Compare les grammes que le caillou ajoute sur la balance avec les millilitres dont l’eau monte : le caillou est presque 3 fois plus lourd que la même quantité d’eau.
Plonge le caillou et regarde la balance : de combien de grammes monte-t-elle ? Compare avec les millilitres dont l’eau monte (1 mL d’eau ≈ 1 g).
Même volume ne veut pas dire même masse. Plonge le caillou et compare : grammes ajoutés sur la balance, millilitres dont l’eau monte.
Le petit caillou est en granite, comme le gros. Son volume est la moitié de celui du gros. Sa masse est…
Oui : même matière, deux fois moins de volume, deux fois moins de masse. Vérifie : plonge-les l’un après l’autre, et regarde de combien de grammes la balance monte à chaque fois.
Plonge-les l’un après l’autre, et regarde de combien de grammes la balance monte à chaque fois.
On peut le prévoir : chaque cm³ de granite a la même masse. Vérifie avec la balance : plonge-les l’un après l’autre.
La masse d’un objet, en mots
masse = nombre de cm³ × masse d’1 cm³
- eau
- 1 cm³ a une masse d’environ 1 g.
- granite
- 1 cm³ a une masse d’environ 2,7 g : presque 3 fois plus que l’eau.
- acier
- 1 cm³ a une masse d’environ 7,85 g : presque 8 fois plus que l’eau.
Chaque matière a sa « masse d’1 cm³ ». Les scientifiques l’appellent la masse volumique. Pour un même volume, c’est elle qui fait la différence.
1 L d’eau ≈ 1 kg : un hasard ?
Complète le raisonnement.
1 L, c’est . 1 mL d’eau a une masse d’environ . Donc 1 L d’eau a une masse d’environ .
Il reste un trou à remplir.
Il faut 1 000 petits cubes de 1 cm de côté pour remplir 1 L (un cube de 10 cm de côté : 10 × 10 × 10).
Regarde la balance de l’éprouvette, après la tare : 100 mL d’eau affichent environ 100 g. Et 1 mL ?
1 000 fois 1 g, ça fait 1 000 g. Et 1 000 g, c’est combien de kilogrammes ?
Exactement. Et ce n’est pas un hasard : en 1795, le gramme a été défini comme la masse d’1 cm³ d’eau.
Comparer avec le raisonnement
1 L = 1 000 mL. 1 mL d’eau ≈ 1 g. Donc 1 L d’eau ≈ 1 000 g = 1 kg. (À 20 °C, 1 L d’eau a une masse de 998 g.)
Attention : c’est vrai pour l’eau. Un litre d’un autre liquide n’a pas forcément la même masse. À toi de le découvrir dans la dernière mission.
Pour les curieux, plus tard
- Ça flotte ou ça coule ? : même volume, masses différentes, et ce que ça change dans l’eau.
- Leviers : la balançoire, la grue, le biceps : la balance romaine, qui pèse lourd avec une petite masse.
Tes missions
Voici les missions du palier choisi. Réponds, puis clique sur « Valider ma réponse ». Si ce n’est pas encore ça, un indice t’aide. Après trois essais, tu peux voir la solution.
Le savais-tu ?
Des faits vrais sur les masses, les volumes et les instruments.
Les mots de l’atelier
Chaque mot, en une ou deux phrases.
- Masse
- La quantité de matière d’un objet. On la mesure avec une balance, en grammes (g) ou en kilogrammes (kg).
- Balance à plateaux
- Une balance qui compare deux masses : le plateau le plus chargé descend. Celle des écoles s’appelle souvent balance de Roberval.
- Masses marquées
- De petits poids dont la masse est écrite dessus (1 g, 2 g, 5 g…). On les pose sur un plateau pour équilibrer un objet.
- Équilibre
- Les deux plateaux sont à la même hauteur : les deux côtés ont la même masse.
- Tarer
- Remettre l’affichage d’une balance à 0 avec un récipient posé dessus. Ensuite, elle n’affiche que ce qu’on ajoute.
- Unités de masse
- La tonne (t), le kilogramme (kg), le gramme (g), le milligramme (mg). 1 t = 1 000 kg ; 1 kg = 1 000 g ; 1 g = 1 000 mg.
- Précision
- Le plus petit écart qu’une mesure peut voir. Avec 1 g comme plus petite masse marquée, on pèse au gramme près.
- Volume
- La place que prend un objet ou un liquide.
- Millilitre (mL), centimètre cube (cm³)
- Deux noms pour le même volume : la place d’un cube de 1 cm de côté. 1 L = 1 000 mL.
- Éprouvette graduée
- Un tube en verre, avec des traits, pour mesurer le volume d’un liquide.
- Graduation
- Un trait sur un instrument de mesure. Avant de lire, on cherche ce que vaut un petit trait.
- Ménisque
- La surface courbe d’un liquide dans un tube : près du verre, elle remonte un peu. On lit le bas de la courbe.
Pour les parents et les enseignantsouvrir
Objectifs
- Comparer des masses avec une balance à plateaux, et constater qu’un gros objet n’est pas forcément lourd.
- Mesurer une masse avec des masses marquées, et voir qu’une mesure a une précision.
- Peser un contenu avec la tare, ou par différence (récipient plein moins récipient vide).
- Passer des kilogrammes aux grammes sans tableau, en raisonnant avec 1 kg = 1 000 g ; lire une graduation.
- Mesurer le volume d’un solide par déplacement d’eau, et constater que deux matières de même volume n’ont pas la même masse.
Notions
Masse, équilibre, masses marquées, précision, tare, tonne, kilogramme, gramme, milligramme, graduation, volume, millilitre, centimètre cube, ménisque, masse d’1 cm³ (la masse volumique, sans formule avec des lettres).
Déroulé (15 à 20 minutes)
Palier 1 : comparer et peser avec la balance à plateaux, sans calcul. Palier 2 : la tare, les kilos et les grammes, la lecture d’une aiguille. Palier 3 : le volume d’un caillou, puis la masse d’un même volume d’eau, de granite et d’huile.
Ce que l’atelier simplifie
La balance à plateaux du banc est parfaite : elle penche au moindre écart, et son inclinaison est un dessin. Une vraie balance d’école frotte un peu et ne voit pas toujours un écart de moins d’un gramme. Les balances de cuisine affichent des grammes entiers. Le bol, l’éprouvette, la pomme et le melon ont des masses d’exemple ; le granite et l’huile ont des valeurs moyennes, dont une vraie roche ou une vraie huile peut s’écarter un peu. Le caillou ressort sec de l’éprouvette. Sur le dessin de l’éprouvette, seuls quelques traits sont tracés : la loupe montre tous les traits de 2 mL.
Liens avec les programmes
- CM1, sciences et technologie (programme 2026, arrêté du 5 juin 2026, en vigueur à la rentrée 2026) : « Comparer les masses de différents objets à l’aide d’un dispositif simple qui peut être conçu par les élèves (poulie et cordelette, balance romaine, à fléau, à plateaux) » ; « Mesurer la masse d’un solide ou d’un liquide à l’aide d’une balance (balance romaine, balance à plateaux, balance électronique) en tarant la balance le cas échéant ». Démarche proposée : « l’élève utilise la fonction tare d’une balance ou calcule la différence entre la mesure de la masse du récipient vide et celle du récipient plein ». Vérifié : annexe officielle lue (PDF lu par reconnaissance de caractères).
- CM2 et 6e en 2026-2027 (programme 2015 modifié en 2023, BO n° 25 du 22 juin 2023) : en fin de cours moyen, « Effectuer des conversions d’unités de masse (en se limitant à des unités usuelles : tonne, quintal, kilogramme, gramme et milligramme) » et « Mesurer le volume d’un liquide et mesurer celui d’un solide par déplacement de liquide » ; en 6e, « Comparer et mesurer les masses de corps différents, mais de même volume, et réciproquement » et « Exploiter la relation de proportionnalité entre masse et volume d’un corps homogène ». Vérifié : annexe officielle lue.
- CM2 et 6e à partir de la rentrée 2027 (programme 2026) : au CM2, « Mesurer le volume d’un liquide et mesurer celui d’un solide (plein non soluble) par déplacement de liquide » ; « Lorsqu’il place un solide de volume non identifié dans un liquide de volume connu, l’élève justifie la variation de volume et en déduit le volume du solide » ; en 6e, « Comparer et mesurer les masses de matières différentes, mais de même volume, et réciproquement ». Vérifié : annexe officielle lue (reconnaissance de caractères).
- Mathématiques, cycle 3 (programme 2025, arrêté du 10 avril 2025), CM1 : « Connaître et utiliser les unités de masse du milligramme au kilogramme et la tonne, et les symboles associés » ; « Disposer de quelques masses de référence ». Au cours moyen, « les élèves n’utilisent pas de tableaux pour effectuer des conversions ; ils s’appuient sur les relations connues entre les unités en jeu ». Vérifié : annexe officielle lue.
- Ensuite, au collège (physique-chimie, cycle 4) : la masse volumique et la relation m = ρ × V, à partir de la 4e. Ici, elle n’apparaît qu’en mots, au palier 3. Vérifié indirectement : d’après le document de recherche du site (programme consolidé de 2020 lu), non relu pour cette page.
Les passages entre guillemets citent les textes officiels. La lecture d’une balance à aiguille et le ménisque n’y sont pas cités : ce sont ici des savoir-faire de mesure.
À faire en vrai
Avec une balance de cuisine et un verre doseur. Posez un bol vide, notez ce qu’affiche la balance, appuyez sur TARE, puis pesez 100 g de riz. Posez ensuite le verre doseur, tarez, versez 200 mL d’eau : la balance affiche environ 200 g. Videz, essuyez, recommencez avec 200 mL d’huile : que constatez-vous ? Enfin, versez de l’eau jusqu’à un trait, plongez un caillou propre et lisez de combien l’eau monte : c’est son volume. Un verre doseur de cuisine est moins précis qu’une éprouvette, et c’est l’occasion d’en parler.
Sources
Les masses volumiques viennent du modèle du laboratoire Archimède et les fluides (fichier fluids.js) ; les calculs de l’atelier sont dans son modèle (modele.js).
- Modèle du laboratoire Archimède et les fluides (fluids.js) : masses volumiques de l’eau à 20 °C, de l’huile de tournesol (ordre de grandeur), de l’acier, du liège et de la glace.
- Haynes W.M., dir. (2016). CRC Handbook of Chemistry and Physics, 97e éd. CRC Press. Masse volumique du granite : de 2,64 à 2,76 g/cm³.
- Organisation internationale de métrologie légale (2004). Recommandation OIML R 111-1 : poids des classes E1 à M3. Les suites de valeurs d’une boîte de poids, dont la suite (1 ; 2 ; 2 ; 5).
- ISO 4788 (2005). Verrerie de laboratoire. Éprouvettes graduées cylindriques. Éprouvette de 250 mL : un trait tous les 2 mL ; écart permis de 1 mL (classe A) ou 2 mL (classe B).
- Fédération internationale de tennis de table (ITTF). Règles du jeu, article 2.3 : la balle a un diamètre de 40 mm et une masse de 2,7 g.
- Règlement (CE) n° 589/2008 de la Commission du 23 juin 2008, article 4 : catégories de poids des œufs (XL, L, M, S).
- Banque centrale européenne. Caractéristiques des pièces en euros : 7,50 g pour la pièce de 1 €, 8,50 g pour celle de 2 €.
- Loi du 18 germinal an III (7 avril 1795) relative aux poids et mesures : le gramme, masse d’un centimètre cube d’eau à la température de la glace fondante. BIPM (2019). Le Système international d’unités, 9e éd. : le kilogramme défini par la constante de Planck.
- Potier P. (2023). « Roberval (1602-1675), un savant méconnu ». Association française pour l’avancement des sciences (AFAS), 17 février 2023.
- Ordres de grandeur utilisés par l’atelier : une pomme de 100 à 200 g, un melon, une petite voiture d’environ 1 t, un grain de riz cru de 20 à 30 mg. Le bol (320 g) et l’éprouvette (210 g) ont des masses d’exemple.
- Ministère de l’Éducation nationale. Programmes de sciences et technologie du cycle 3 (BO n° 25 du 22 juin 2023 ; arrêté du 5 juin 2026) et de mathématiques du cycle 3 (arrêté du 10 avril 2025).