"Misérable est l'amour qui se laisserait mesurer."
William Shakespeare (1564 - 1616)
La grandeur physique d'un objet peut être mesurée ou calculée. La valeur de la mesure est souvent accompagnée d'une unité.
En théorie, il existe une infinité de grandeurs physiques, mais la plupart ne sont techniquement pas mesurables et ne sont pas exploitables. En pratique, on utilise des grandeurs physiques qui permettent de décrire le monde.
On peut classer les grandeurs en deux catégories, les unes dites "extensives" et les autres dites "intensives".
Une grandeur extensive dépend de la taille du système qu'elle caractérise, contrairement à une grandeur intensive qui elle, reste intrinsèque au système. Par exemple, la masse d'une pierre précieuse est une grandeur extensive, alors que sa dureté est une grandeur intensive. Si vous avez un diamant 2 deux fois plus gros, il sera deux fois plus lourd mais il gardera la même dureté. Dit autrement, il est possible d'additionner les grandeurs extensives.
Un verre d'eau chaude et un verre d'eau froide
• Quelle relation peut-on faire entre les deux masses de départ et la masse du mélange ?
La masse du mélange est égale à la somme des masses des deux volumes.
• Quelle relation peut-on faire entre les deux températures de départ et la température du mélange ?
La température du mélange est égale à la moyenne des températures des deux volumes.
Les unités
Les unités de mesure sont référencées dans différents systèmes. Le système international noté SI est le système le plus largement utilisé. Il est normalisé par l'ISO 80000.
✧ En cinématique on utilise la seconde et le mètre, en mécanique on emploie le kilogramme, en électromagnétisme l'ampère.
✧ En thermodynamique on recourt au kelvin et à la mole, en optique on fait appel à la candela.
Le Système International d'unités (SI) est composé de sept unités de base.
La seconde
• La seconde - s - est l'unité de la mesure du temps. La seconde était autrefois une unité astronomique car sa durée avait été élaborée à partir des mouvements terrestres.
Actuellement elle est définie à partir d’une propriété de la matière : la période de radiation d’un atome de césium. On a arrêté le nombre de périodes de la seconde.
Lorsqu'un électron effectue un saut quantique pour quitter ou gagner un état excité, il émet ou absorbe une radiation. Le saut correspond à une transition électronique.
La seconde.
Le mètre
Tout dépend de la taille des caractères. Chutttt, il a mauvais caractère ...
• Le mètre - m - est l'unité de la mesure de la longueur. De la longueur du pied du Roi sous l’ancien régime au mètre relié au quart du méridien terrestre après la révolution française jusqu’à la vitesse de la lumière dans le vide… le mètre est sans doute l’unité de mesure qui a connu le plus grand nombre de définitions différentes.
☞ Désormais, la longueur du mètre est définie relativement à la durée de la seconde. 1 mètre correspond à la distance parcourue dans le vide par la lumière en 1 seconde.
Le mètre est défini relativement à la seconde.
Le kilogramme
• Le kilogramme - kg - est l'unité de la mesure de la masse. Non plus fondé sur un étalon matériel, le kilogramme est désormais défini à partir de la constante de Planck, constante de la mécanique quantique.
La masse inertielle d'un corps est déterminée à partir de l'accélération subie par ce corps quand il est soumis à une force.
Le kilogramme est désormais défini à partir de la constante de Planck 'h' qui décrit le quantum d'action, c'est à dire la plus petite quantité d'action possible observable sur un système physique.
Le kilogramme est défini relativement au mètre et à la seconde.
L'ampère
• L'ampère - A - est l'unité de la mesure de l'intensité du courant électrique. L’ampère est défini à partir de la force mécanique s’exerçant entre deux fils séparés de 1 m dans lesquels circule un courant électrique.
Cependant, cette définition est difficile à réaliser et elle n’exprime pas ce qu’est fondamentalement un courant électrique, à savoir un flux de charges élémentaires par unité de temps. D’où l’idée de redéfinir l’ampère en fixant la valeur de la charge élémentaire 'e'. L'ampère est défini à partir de la charge élémentaire de l'électron exprimée en coulomb ou ampère seconde.
L'ampère est défini relativement à la seconde.
Le kelvin
• Le kelvin - K - est l'unité de la mesure de la température. Le kelvin sa'ppuie sur la constante de Boltzmann qui fixe le quantum d'énergie, c'est à dire la plus petite quantité d'énergie possible à une agitation thermique.
Le kelvin est défini relativement au kilogramme, au mètre et à la seconde.
La mole
• La mole - mol - est l'unité de la mesure de la quantité de matière.
La quantité de matière d’un système est la représentation du nb de composants microscopiques de ce sytème, comme les atomes, les ions, les molécules, les électrons, ou toute autre particule ou groupement de particules. La quantité de matière unitaire est «une mole», quelle que soit cette matière.
Le nombre d'Avogadro permet de ramener la représentation du monde microscopique à l'échelle humaine.
Le nombre d'Avogadro donne la masse d'une mole d'atomes ou masse molaire atomique, qui lorsqu'elle est exprimée en grammes, correspond en première approximation au nombre de nucléons de cet atome. L'hydrogène a une masse molaire de 1 g/mol, et l'atome d'hydrogène contient 1 nucléon.
La mole
La candela
Pas grave ... Elle est daltonienne ...
• La candela - cd - est l'unité de la mesure de l'intensité lumineuse. La candela mesure l'éclat d'une source lumineuse perçue par l'œil humain. La couleur est un effet biologique lié à 1 source lumineuse monochromatique comprise entre des longueurs d'onde de 700 nm pour le rouge à 400 nm pour le violet. La longueur d'onde de 555 nm ou de fréquence 540 THz a été fixée comme la référence de la candela, notre œil étant considéré comme plus réceptif à cette longueur d’onde.
Elle a été déterminée et adoptée par la Commission de l’Éclairage.
C'est une unité assez bizarre car elle fait intervenir la sensibilité de l'oeil humain. De ce point de vue, on ne peut pas vraiment la considérer comme une unité universelle, votre oeil et le mien n'étant pas les mêmes.
La candela est définie relativement au kilogramme, au mètre et à la seconde.
Le temps ...
"Le temps est l'image mobile de l'éternité immobile." Platon
Il est assez troublant de voir que les différentes unités de mesure sont pour la plupart basées sur la définition de la seconde. Même si nous le percevons pas obligatoirement, le temps est une pierre angulaire de la représentation des grandeurs fondamentales.
Nous avons vu que dans l'espace, la distance est relative au référentiel dans lequel on se place. Par définition, "un référentiel est un ensemble de points fixes entre eux" et la distance entre 2 objets est propre au référentiel choisi.
Le mètre étant défini relativement à la seconde, le temps ne peut être lui aussi que relatif au référentiel dans lequel on se place. C'est d'ailleurs ce que nous révèle la relativité restreinte.
Les grandeurs physiques comme la vitesse, le poids, le volume, etc. qui ont des dimensions liées au temps sont également relatives au référentiel dans lequel on se place.
Je vous laisse cogiter ...
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