« Grandeur, valeur et unité » : différence entre les versions

De Comment mesure-t-on ?
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Comme expliqué dans la partie concernant les notions de grandeur et d’unité, une même grandeur peut être exprimée selon différentes unités, a priori toutes valables. Afin de faciliter la mesure et la communication d’un pays à l’autre ou d’une personne à l’autre, la plupart des pays ont choisi de s’accorder sur des unités officielles. Cet ensembles d’unités officielles est appelé '''Système International d’Unités''' (l’abréviation est « SI »).  
Comme expliqué dans la partie concernant les notions de grandeur et d’unité, une même grandeur peut être exprimée selon différentes unités, a priori toutes valables. Afin de faciliter la mesure et la communication d’un pays à l’autre ou d’une personne à l’autre, la plupart des pays ont choisi de s’accorder sur des unités officielles. Cet ensembles d’unités officielles est appelé '''Système International d’Unités''' (l’abréviation est « SI »).  


Les unités de ce système sont décidées par la [https://fr.wikipedia.org/wiki/Conférence_générale_des_poids_et_mesures. Conférence générale des poids et mesures (CGPM)]  qui est une organisation constituée de plusieurs pays.  
Les unités de ce système sont décidées par la [https://fr.wikipedia.org/wiki/Conférence_générale_des_poids_et_mesures  Conférence générale des poids et mesures (CGPM)]  qui est une organisation constituée de plusieurs pays.  


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Version du 14 juin 2021 à 07:28

La mesure est un aspect primordial des sciences car elle permet de caractériser les objets et phénomènes que l’on observe, et d’en discuter précisément entre physiciens. Pour comprendre l’intérêt d’avoir un système international qui décrit la façon dont on exprime la mesure, il faut d’abord comprendre des notions très importantes dans ce domaine : la grandeur et l’unité.

La différence entre grandeur, valeur et unité

Pour comprendre la différence entre grandeur et unité je vous propose de prendre un exemple très concret de mesure.

Imaginez que vous possédez un bâton et que vous souhaitez indiquer sa longueur à un de vos amis.

Bâton

Vous remarquez que votre ami possède le même capuchon de stylo que vous, ainsi il constituera la référence pour votre mesure.

Capuchon de stylo

Vous allez reporter la taille du capuchon le long du bâton afin de le mesurer.

  • Dans cet exemple, la grandeur mesurée correspond à la longueur du bâton , tandis que le capuchon correspond à l’unité, et le résultat 5 capuchons correspond à la valeur de la longueur du bâton. L’unité est donc une grandeur de référence, qui permet de transmettre une information commune à tous, la longueur.

Il faut remarquer que l’unité, la longueur de référence est un choix !!! On aurait très bien pu décider de mesurer le bâton en unité de stylo bille.

De façon équivalente, la longueur du bâton peut également s’exprimer comme :

1 bâton = 1,75 stylos

Quelle que soit l’unité de référence que l’on choisit, la vraie longueur du bâton, elle, reste inchangée. Le bâton est le même dans les 2 cas, mais la valeur de sa mesure est différente. Ainsi, on comprend la nécessité d’imposer un système d’unités de référence (mètre, pouce, kilogramme,…), le même pour tous, car tout le monde ne possède pas une règle graduée en capuchon de stylo. Avoir un ensemble d’unités commune permet de communiquer ses mesures beaucoup plus facilement.

Pour récapituler :

Tableau récapitulatif des notions
Grandeur On appelle grandeur physique, ou simplement grandeur, toute propriété de la science
de la nature qui peut être mesurée ou calculée (ex : la longueur, la masse, la température, …)
Unité On appelle unité de mesure un cas particulier de la grandeur considérée qui sert de
référence pour la mesure (ex : le centimètre, le kilogramme,…) et est déduite à partir d’un étalon fixée.
valeur La valeur mesurée d’une grandeur est le produit (multiplication) de l’unité de mesure
par le nombre de fois qu’il faut reporter cette unité pour obtenir la grandeur (ex : 3cm, 1,5 kg,…)


  • Pour certaines grandeurs, il peut être nécéssaire d’utiliser une unité dérivée, c’est-à-dire une combinaison de plusieurs unités. C’est le cas par exemple de la vitesse qui représente une distance pendant un temps : [math]\displaystyle{ vitesse = \frac{longueur}{temps} }[/math] .
  • Comme expliqué plus haut, une même grandeur peut être exprimée selon des unités différentes, toutes convenables. Une longueur peut donc être exprimée en mètre, kilomètre, mile (unité de mesure dans le système anglo-saxon)…. De la même façon, un temps peut être exprimé en seconde, minute, heure, etc.
  • De cette façon, les unités dérivées peuvent être très variées pour une seule grandeur. La vitesse peut donc s’exprimer en kilomètre par heure (km/h) ou en mètre par seconde (m/s) ou bien encore en centimètre par minute (cm/min) et on peut passer d’une unité à l’autre en multipliant par le nombre qui convient. Tout ce qui compte c’est que la dimension, c’est-à-dire la combinaison des grandeurs, reste la même, pour la vitesse on doit toujours avoir : [math]\displaystyle{ vitesse = \frac{longueur}{temps} }[/math] .
Note
Passage d’une unité à l’autre.

Pour que les unités d’une même grandeur soit cohérentes, elles doivent toutes être reliées par une multiplication. Par exemple 1 heure = 60 x 1 minute = 60 x 60 x 1 seconde, ou encore 1 kilomètre = 1 000 x 1 mètre.


Vous avez remarqué que la mesure du bâton avec le stylo paraissait moins certaine que celle avec les capuchons ? Allez donc consultez la page sur les incertitudes pour en apprendre plus sur cette notion.

Qu’est-ce qu’une constante fondamentale ?

En physique, il existe des quantités fixes et universelles qui font partie de la description du monde que l’on observe. Ces quantités peuvent être naturelles, et interviennent dans des équations de la physique, ou être techniques, et correspondent dans ce cas à un choix technique. Qu’elles soient naturelles ou techniques, ces quantités sont regroupées sous le même nom de constante fondamentale (ou encore constante universelle).

La plus connue est probablement la vitesse de la lumière, notée c, mais en réalité ces constantes fondamentales sont au nombre de 7.

les sept constantes définissant le SI
Constante Symbole Valeur numérique Unité
Fréquence de la transition hyperfine du Césium [math]\displaystyle{ \Delta \nu_{Cs} }[/math] [math]\displaystyle{ 9~ 192 ~631~ 770 }[/math] Hz
Vitesse de la lumière dans le vide [math]\displaystyle{ c }[/math] [math]\displaystyle{ 299 ~792 ~458 }[/math] [math]\displaystyle{ m.s^{-1} }[/math]
Constante de Planck [math]\displaystyle{ h }[/math] [math]\displaystyle{ 6,626 ~ 070 ~15 \times 10^{-34} }[/math] J s
Charge élémentaire [math]\displaystyle{ e }[/math] [math]\displaystyle{ 1,602 ~176 ~634 \times 10^{-19} }[/math] C
Constante de Boltzmann [math]\displaystyle{ k }[/math] [math]\displaystyle{ 1, 380 ~649 \times 10^{-23} }[/math] [math]\displaystyle{ J ~K^{-1} }[/math]
Constante d'Avogadro [math]\displaystyle{ N_A }[/math] [math]\displaystyle{ 6,022 ~140 ~76 \times 10^{23} }[/math] [math]\displaystyle{ mol^{-1} }[/math]
Efficacité lumineuse [math]\displaystyle{ K_{cd} }[/math] 683 [math]\displaystyle{ lm W^{-1} }[/math]


Qu’est-ce que le système international d’unités ?

Comme expliqué dans la partie concernant les notions de grandeur et d’unité, une même grandeur peut être exprimée selon différentes unités, a priori toutes valables. Afin de faciliter la mesure et la communication d’un pays à l’autre ou d’une personne à l’autre, la plupart des pays ont choisi de s’accorder sur des unités officielles. Cet ensembles d’unités officielles est appelé Système International d’Unités (l’abréviation est « SI »).

Les unités de ce système sont décidées par la Conférence générale des poids et mesures (CGPM) qui est une organisation constituée de plusieurs pays.

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