Un autre article scientifique, sur les unités :)

Vous ne vous êtes jamais demandés pour un mètre faisait telle longueur et non une autre ? Ou pourquoi une seconde dure une seconde et pas plus ? Voici donc les définitions des étalons de mesures.
Tout d'abord, sachez que la plupart des unités sont définies à partir de constantes physiques et non d'étalons matériels. Cela permet d'une part de pouvoir retrouver l'unité en cas de perte de l'étalon, mais aussi d'avoir toujours la même définition de l'unité.

Le mètre

L'unité de mesure des distances.
Le mètre est la distance parcourue par la lumière en 1/299'792'458 seconde.
Autrefois, on avait un étalon du mètre : un morceau de platine iridié, mais comme tout objet, il n'est pas éternel. Contrairement à une équation.

Remarquez aussi que pour pouvoir définir le mètre, il faut connaitre l'unité de la seconde.

La seconde

L'unité légale de mesure du temps.
Définition wikipédia : La seconde est la durée de 9 192 631 770 périodes de la radiation correspondant à la transition entre les niveaux hyperfins F=3 et F=4 de l’état fondamental 6S½ de l’atome de césium 133.

Pour faire simple : le césium (Cs), comme tous les éléments possède des électrons. Les électrons vibrent et tournent à des vitesses variables et ce, en fonction de leurs énergie. Lorsque un électron gagne de l'énergie, il passe d'un niveau à un autre : c'est ce que l'on nomme une transition. La transition entre les niveaux émet une onde électromagnétique

C'est la période de cette onde que l'on mesure et il se trouve que l'on définit la seconde comme la durée de 9 192 631 770 périodes, justement.

Kilogramme

C'est la seule unité qui est encore définie à partir d'un étalon matériel (un poids en platine iridié conservé par le Bureau International des Poids et Mesures (BIPM)). Cet étalon est la référence mondiale du kilo.
Il y'a plusieurs propositions pour passer d'un étalon à une définition, comme par exemple celle d'une nombre d'atomes de Carbone (mais c'est pas facile à compter). Personnellement je proposerais un volume d'eau (maintenant qu'on dispose du mètre) à une certaine température…

Kelvin

C'est l'unité de mesure des la température.
Attention, on ne dit pas "dégrée kelvin", mais "kelvin". Le degré Celcius est une unité relative, pas le kelvin.
Sa définition, est la fraction 1/273,16 de la température du point triple de l'eau.

Le point triple, est un point à laquelle un élément (l'eau) peut exister sous les 3 états (solide, liquide, gaz) en même temps. Pour l'eau, il s'agit d'un température de 273,16 K (0,1°C) et d'une pression de 611 Pa.

Ampère

Il permet de mesurer l'intensité d'un courant électrique.
Définition Wikipédia : Par définition, un ampère est l'intensité d'un courant constant qui, s'il est maintenu dans deux conducteurs linéaires et parallèles, de longueurs infinies, de sections négligeables, et distants d'un mètre dans le vide, produirait entre ces deux conducteurs, une force égale à 2×10-7 newton par mètre linéaire.

Traversé par un courant, un fil conducteur crée un champ électrique et un champ magnétique. Chaque fil reçoit le champ de l'autre et la force résultante est de 0,0000002 Newton quand le courant est de 1 A. (un Newton étant égale à 1 kg⋅m⋅s-2).

Mole

La 6ème des unités de base du système international est la mole. Elle définit la quantité de matière : 1 mol = 6,0221×1023 atomes.
Elle est définie à partir du carbone : il y a 1 mol d'atomes dans 12,00xx grammes de carbone.

Candela

Il y'a aussi la candela, qui définit l'intensité lumineuse, et qui complète le système des unités légales.
« La candela est l'intensité lumineuse, dans une direction donnée, d'une source qui émet un rayonnement monochromatique de fréquence 540 × 1012 hertz et dont l'intensité énergétique dans cette direction est 1/683 watt par stéradian. »

En gros, c'est une certaine puissance lumineuse (1/683 W) envoyée sous la forme d'un cône plus ou moins élargi (1 stéradian) et d'une lumière d'une certaine couleur (540×1012 Hz).

Autres unités…

Toutes les autres unités sont dites « dérivées ». Par exemple, le radian (unité légale de mesure des angles) est l'angle tel que dans un cercle, la distance de l'arc de cercle balayé est égal au rayon. On peut donc la retrouver à partir de l'unité des distances.
Autre exemple, le Volt : 1 V est la tension électrique dans un circuit traversé par un courant de 1 ampère qui dissipe une puissance de 1W.
La dimension de 1V = 1 kg⋅m2⋅A-1⋅s-3.

Et je vous parle pas de la mesure des longueurs en parsec (faut être vachement tordu pour trouver cette unité, mais assez génial également), ni du grade (qui a l'idée de couper un cercle en 200, wtf ??).

Oh, et histoire de troller un peu : la livre est (à l'origine) la masse de 7002 grains de blé, et le yard qui est la longueur entre le nez et le bout des doigts du roi Henry 1 d'Angleterre.

15 commentaires

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silverfly a dit :

Ahhh, le commentaire est de nouveau la :D

Si des âmes charitable pouvaient prendre un peu de temps pour répondre à mes questions, sa serait super :D


La seconde est la durée de 9 192 631 770 périodes de la radiation correspondant à la transition entre les niveaux hyperfins F=3 et F=4 de l’état fondamental 6S½ de l’atome de césium 133

Le nombre 9 192 631 770 correspond à quelque d'arbitrairement choisi ? car si je comprend bien, cela veux dire qu'une seconde = 9 192 631 770 passage entre F=3 et F=4, mais ce nombre ne signifie rien ?


--- Réponse de Timo par Mail ---
pour le nombre des periodes je ne
sais pas d'où ca sort (à un moment la seconde etait definie à partir de
la vitesse de la lumiere, donc peut etre voulaient t-il conserver la
meme longueur. Ils utilisent le cesium 133 pour un raison que je sais :
si tous les elements ont des transitions, celle du cesium f3/f4 est tres
precise.)




C'est la seule unité qui est encore définie à partir d'un étalon matériel (un poids en platine iridié conservé par le Bureau International des Poids et Mesures (BIPM)). Cet étalon est la référence mondiale du kilo.


Donc, la masse du kilo diminue avec le temps ? Par exemple, est-ce qu'il y a re-calcul tous les ans ? Répercussion dans la réalité?


--- Réponse de Timo par Mail ---
Oui, dans l'absolue le kilogramme diminue. Mais ce n'est que de quelques
atomes par jour. C'est parfaitement négligeable.
Dans la pratique, on utilise des etalons secondaires définis à partir de
l'etalon primaire justement pour eviter de manipuler l'etalon primaire.
Mais ça n'influe que excessivement peu sur la vie courante.



la livre est la masse de 7002 grains de blé

La ou je suis perplexe, c'est que deux grains de blé n'ont pas forcement le même poids de base (ou alors je me trompe?), donc comment peut-on se baser sur des données variables pour fixer une valeur ?


--- Réponse de Timo par Mail ---
Pour les grains de blé, c'est une unité tres ancienne. Aujourd'hui, la
livre est définie comme une fraction du kilogramme.

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Alz a dit :

il me semblait que la seconde était défini par la période d'oscillation un balancier d'un mètre de long ? (vagues souvenirs lointains et embrumés xD )

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Alz a dit :

pas d'un balancier, d'un pendule.. (ne pas boire de rouge le midi..)

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origine, origine... a dit :

Article intéressant quant au calcul actuel précis de ces unités.
Cependant, il est écrit: "Voici donc l'origine des étalons de mesures", ce qui n'est pas juste.
La seconde a existé bien avant que l'on ne soit capable de mesurer les transitions du Césium, et le mètre bien avant que l'on ne soit capable de connaître et mesurer la vitesse de la lumière précisément.

Malheureusement mon ignorance est bien trop grande pour pouvoir préciser dans ce commentaire les origines des premiers étalons de mesures.

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flop25 a dit :

quelques erreurs et imprécisions : le radian est adimensionnel et 1V = 1 kg⋅m2⋅A-1⋅s-3 s'est la dimension du volt

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Le Hollandais Volant a dit :


Malheureusement mon ignorance est bien trop grande pour pouvoir préciser dans ce commentaire les origines des premiers étalons de mesures.


Sans chercher, je pense que je ne peux qu'emmètre des hypothèses moi aussi.

Il semble (après recherches) que le mètre était pris comme « la dix-millionième partie d'un quart de méridien terrestre » en 1668. Plus tard, c'était « la longueur d'un pendule qui oscille avec une demi-période d'une seconde » (la période d'une pendule dépendant de la longueur du fil et de l'accélération de la pesanteur).

Pour la seconde, il a d'abord été pris comme la fraction 1/86400 d'une journée terrestre. Mais là aussi, ça me semble sorti d'un chapeau…

Quoi qu'il en soit, ce n'est pas l'origine des étalons de mesures, mais bien leurs définitions. Je vais changer ça.


@flop25 : ouais, c'est vrai, je vais corriger.

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Hod a dit :

Le nombre 9 192 631 770 correspond à quelque d'arbitrairement choisi ? car si je comprend bien, cela veux dire qu'une seconde = 9 192 631 770 passage entre F=3 et F=4, mais ce nombre ne signifie rien ?
Pas tout à fait. C'est le nombre de période de l'onde émise lors de la transition et non pas le nombre de transition.
Il y a une transition, avec une onde émise, et cette onde émise à une période. Le temps pour que l'onde fasse 9 162 631 770 période est considéré comme la seconde.
Le chiffre n'est donc pas prévu, ce qui l'est c'est le fait d'utiliser le Césium. Le Césium a quelques propriétés intéressantes qui permet de déterminer avec précision cette mesure.

D'ailleurs aujourd'hui, on a trouvé d'autres composés ayant de meilleurs propriétés pour cela et il ne faut donc pas s'étonner que l'on change la définition de la seconde pour la calquer sur du calcium, ytterbium, strontium, mercure, etc.

Donc, la masse du kilo diminue avec le temps ? Par exemple, est-ce qu'il y a re-calcul tous les ans ? Répercussion dans la réalité?
Elle diminue avec le temps, effectivement. Donc techniquement on devrait l'imputer tous les jours. Sauf que, les condition de conservation sont tel que la perte est de quelques atomes par an.
La question d'un nouvel étalon se pose donc... mais pas tout de suite.

Et Timo a très bien répondu à la dernier question (et l'avant dernière aussi, mais j'avais pas vu qu'il l'avait fait :p)

Il manque une unité fondamentale par contre : la candela, qui ne dérive de rien d'autre si j'en crois le BIPM.

La candela est l'intensité lumineuse, dans une direction donnée, d'une source qui émet un rayonnement monochromatique de fréquence 540 x 1012 hertz et dont l'intensité énergétique dans cette direction est 1/683 watt par stéradian.

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Hod a dit :

Une dernière chose.
S'il y a 60 minutes dans une heure, 60 secondes dans une minute, c'est à cause / grâce aux Babylonniens qu comptaient en base 60. :)

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Le Hollandais Volant a dit :

@Hod : ah, ça explique cela.
Ensuite, il faut faire 24h. Il me semble que ce soient là les romains : voulant couper une journée en un nombre pratique : 12h pour le jour et 12h pour la nuit. Tout ceci car le nombre 12 est divisible en 1, 2, 3, 4 et 6 facilement, alors que 10 est divisible par 1, 2 et 5 uniquement.

(il me semble, je ne suis pas sûr).

Concernant la Candela, je vais ajouter la description, merci.

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Nigel Sheldon a dit :

Le mètre étalon a été effectivement défini en fonction d la dix-millionième partie d'un quart de méridien terrestre. 16 mètres étalons furent crée a partir du premier et placé dans des lieux connu de Paris. On peut encore en trouvé 4 intact ;)

Le mètre étalon original est stocké aux Archives Nationales.

En 1889, un nouveau mètre étalon fut construit à partir du mètre des Archives pour permettre une mesure de plus grande précision. La 1ère Conférence Générale des Poids et Mesures en fit le nouvel étalon du mètre. Ce dernier est entreposé au pavillon du Bureau International des Poids et Mesures, à Sèvres. Il est bien gardé car cet un objet qui a une grande valeur historique, mais ça s'arrête là: il ne sert plus de définition au mètre depuis 1960.

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Divers pseudos selon les sites a dit :

Bon, je me coucherai moins ignorant, ce soir.
Pour certaines définitions, je les avais vues au lycée, et oubliées. Pour d'autres, elles ont été visiblement redéfinies (ou reformulées)depuis.

STP, Timo, pas de quizz demain, hein ?

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GreyWerewolf a dit :

Il me semblait qu'à la base, la seconde était la durée de balancement d'un pendule de 1m de long (d'un point A à son point le plus bas)

Le carbone (12) sert d'étalon aux nucléons et c'est pour cette raison que le noyau d'hydrogène n'a pas une masse atomique de 1 exactement ^^"

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oOo.Manu.oOo a dit :

Tu ne parles que des définitions "mises à jour", pas de leur origine.

Comme déjà dit plus haut, par exemple pour le mètre (Wikipédia du méridien)

La longueur du méridien à la longitude de Paris a servi, en 1791, à définir le mètre comme nouvelle unité de longueur. Celui-ci avait été défini comme la dix millionième partie de la moitié du méridien terrestre (un méridien est un demi cercle); la Terre a une circonférence d'environ 40 000 km, soit 40 000 000 m. Un méridien a une longueur d'environ 20 000 000 m.

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