Guy Collin, 2012-06-29 Introduction à la physique atomique et nucléaire Chapitre 2 Le langage scientifique : les unités.

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1 Guy Collin, 2012-06-29 Introduction à la physique atomique et nucléaire Chapitre 2 Le langage scientifique : les unités

2 Préambule Avant de parler de latome et du noyau, il est nécessaire de définir le langage scientifique quantitatif, le système dunités, qui sera employé. Il en est de même des unités pas toujours très rationnelles.

3 Les qualités dun système dunités Simplicité (références simples). Des unités dont les grandeurs sont compatibles avec les usages envisagés. –Le système C.G.S. avait retenu le centimètre, le gramme et la seconde. Un ensemble de multiples et de sous- multiples eux aussi simples. –À cet égard le système impérial anglais est à proscrire (division par 12, par 3, par 2, …)

4 Le système international ou SI Implanté à la fin du XVIIIe siècle, ce système était basé sur 3 unités de base : –Le mètre : 1/10 000 000 du ¼ du méridien terrestre ; –Le kilogramme : le poids dun échantillon de référence déposé au Pavillon de Breteuil ; –La seconde. Les définitions des unités de base ont été améliorées et complétées au fur et à mesure que la science progressait.

5 Le mètre 1790 : Le 1/10 000 000 du ¼ du méridien terrestre qui passe à Paris (précision : 100 m). 1960 : Le mètre devient égale à 1 650 763,73 fois la longueur d'onde dans le vide de la radiation correspondant à la transition entre les niveaux 2 P 10 et 5 D 5 du krypton-86 (précision 0,01 m). 1983 : Le mètre est le trajet parcouru dans le vide par la lumière pendant une durée de 1/299 792 458 de seconde. 1793 : Définition de la longueur sur un étalon (précision : 10 µm). 1903 : Étalon de platine iridié : 8 exemplaires (précision : 1 µm). Équateur

6 Le kilogramme 1793 : il était le poids dun décimètre cube deau à son maximum de densité (4 °C) (différence de 27 mg avec la définition actuelle). 1889 : cest la masse dun prototype en platine iridié (un cylindre de diamètre identique à sa hauteur) qui a été déposé au pavillon de Breteuil à Sèvres (région parisienne). Attention à la différence entre poids et masse : poids = masse accélération de la pesanteur.

7 Le kilogramme

8 La seconde Cela a déjà été le 1/86 400 de la durée du jour solaire moyen ou comme la fraction 1/31 556 925,9747 de lannée tropique de 1900. La seconde est égale à la durée de 919 3 631 770 périodes de la radiation correspondant à la transition entre les deux niveaux hyperfins de létat fondamental de latome de césium-133 !

9 46 avant J.-C. fut institué le calendrier julien avec une année de 365 j 1/4, donc avec une année bissextile au 4 ans. Année tropique = 365 + 1/4 3/400 3/10 000 jours. 15 siècles plus tard le calendrier julien avait pris du retard par rapport à la position de la Terre : on supprime 10 jours. 1582 : les années séculaires (1700, 1800, 1900,...) ne seraient pas bissextiles sauf celles divisibles par 400. On devra encore introduire une correction dune journée après quelque 3333 ans ! Le calendrier

10 Les unités de base du système SI

11 Quelques règles décriture Écriture prescrite Écriture interdite 1 ampère ou 1 A1 Ampère * 10 mètres et 10 m10 ms (pluriel de m) 1 000 m et 1 km1 000 m. ** symboles après des chiffres symbole dans un texte N m ou N mN × m C / m ou C m 1 4,35 km et 5,3 A4.35 km et 5.3 A * Note : 1 Celcius; ** sauf à la fin dune phrase.

12 Des échelles de température

13 Des unités dérivées du système SI

14 Écriture prescrite Écriture interdite 300 henry et 12 km300henry et 12km 35 345 m 2 35345 m 2 350 25350 25 kilomètre par secondekilomètre/seconde 1 km 2 = 10 6 m 2 1 000 m 2 = 1 km 2 Dautres règles décriture

15 Dautres unités dérivées

16 Les principaux multiples

17 Les principaux sous-multiples

18 Dautres systèmes de sous-multiples Système décimal :base 10 du système métrique 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, … 100 main gauchebase 5 certaine peuplade Système pied - pouce : diviseur imprévisible… Binairebase 2 ordinateur 01234101112131420 011011100101110111 Système sexagésimal,...

19 Autres unités permises ou tolérées NomSymboleSINomSymbole minutemin60 sdegré darc° heureh3 600 sdegré Celcius°C°C litreL, 1 dm 3 électron-volt eV tonnet1000 kgangströmÅ hectareha10 4 m 2 atmosphèreatm

20 Le système SI et ses cousins SystèmePrincipales unités de base SImkgs c.g.s.cmgs m.t.s.mts litre-atmlitreatmosphère

21 Le système C.G.S. et les chimistes La densité de leau = 1 g/cm 3 à 4 °C. Donc la masse dun litre deau = 1 kg. La calorie est lénergie nécessaire pour chauffer 1 g deau de 14,5 à 15,5 °C. Le produit litre atmosphère est une énergie (voir diapo suivante). Le cm 1 est aussi lénergie dune vibration électro- magnétique dont la longueur donde est de 1 cm....

22 Un truc pour calculer la valeur de R dans un système quelconque On applique la formule : En SI : En litre-atm :

23 Conclusion Un système dunités : une notion fondamentale. Un système de références faciles à manipuler. Un système de diviseur également simple. Le tout intégré dans un système rationnel. Pour parler la même langue :