Le but des sciences physiques est de décrire les lois (les «règles du jeu » qui régissent le fonctionnement de notre Univers) auxquelles obéissent les phénomènes que nous observons, afin de les comprendre (recherche fondamentale ou « pure »), de les prévoir, et de les utiliser à notre profit (recherche appliquée)
Pour cela, on définit des grandeurs physiques mesurables qui sont liées à ces phénomènes (exemples : longueur, vitesse, durée, masse,…)
Mesurer une grandeur numérique « X », c’est chercher combien de fois elle contient une autre grandeur « x » de même nature, et choisie arbitrairement comme unité. Les choix des unités ont été variés selon les lieux, les cultures et les époques. Pour unifier ces choix, on a défini pour chaque grandeur, une unité universelle, dite SI (unité du système international), à laquelle on affecte un symbole international.
Toutes les unités s’écrivent en lettres minuscules (ex : mètre ; ampère…)
On utilise couramment comme symbole de l’unité, la (ou les) première(s) lettre(s) de l’unité, généralement en minuscule : mètre m ; seconde s ; (exception : le litre L) Cependant, l’initiale du symbole est une lettre majuscule quand le nom de l’unité est un nom propre ou dérive d’un nom propre. Exemples : ampère A ; volt V ; pascal Pa.
1. Les 7 unités fondamentales (de base) du système SI
Unité de longueur : le mètre m
Unité de masse : le kilogramme kg
Unité de durée : la seconde s
Unité d’intensité du courant : l’ampère A Unité de température : le kelvin K Unité de quantité de matière : la mole mol Unité d’intensité lumineuse : la candela cd
2. Les unités dérivées
Toutes les autres unités se déduisent des précédentes à partir de relations (ou « formules ») plus ou moins complexes. Vous en découvrirez un certain nombre au lycée mais vous en connaissez déjà certaines :
Unité de surface : le mètre carré m2 S = L xl Unité de volume : le mètre cube m3 V = L xl x h
Unité de vitesse : le mètre par seconde m/s ou m.s-1 v = longueur/durée
3. Présentation d’un résultat
Le résultat d’une mesure est un nombre suivi obligatoirement de son unité Exemple :
d = 280 m
Un résultat exprimé sans unité n’a pas de sens* ! (*sauf cas rares comme l’indice de réfraction) a) résultat d’une mesure
Sa précision dépend :
de l’appareil de mesure utilisé : la précision de peut pas dépasser la plus petite variation de la valeur que l’appareil peut détecter (sensibilité de l’appareil) :
Exemple : pourrait-on déterminer la masse exacte d’une pièce d’un Euro (7,5 g) avec une balance dont la précision ne dépasse pas le gramme ? Qu’afficherait la balance ?
de la méthode de mesure et de l’habileté de l’expérimentateur.
Ainsi, si la pièce est sale ou poussiéreuse, la mesure sera forcément erronée…
De manière générale, la valeur réelle d’une grandeur à mesurer est rigoureusement inaccessible : on ne peut que s’en approcher, avec une plus ou moins grande précision…
Grandeur physique : il s’agit ici d’une distance (ou longueur)
valeur
unité
b) Retour sur les chiffres significatifs
L’écriture d’un résultat doit renseigner sur sa précision. On admet que l’incertitude porte sur le dernier chiffre exprimé, et qu’elle est égale à une demi-unité du dernier chiffre exprimé.
Lorsque l’on écrit d = 280 m, le chiffre « 0 » est incertain, et cela signifie que :
279,5 < d < 280,5 ou d = 280
±0,5 m
(± signifie « plus ou moins »)On doit donc limiter le nombre de chiffres nécessaires à l’expression correcte d’un résultat, appelés chiffres significatifs : ce sont tous les chiffres du nombre, sauf les éventuels « 0 » placés à la gauche du premier chiffre (en lisant de gauche à droite) qui n’est pas un zéro :
Exemples :
00280
①
② L = 1,02 m (mesuré au cm près) 3 chiffres significatifs L = 3,500 m (mesuré au mm près) 4 chiffres significatifs L = 0,020 m (mesuré au mm près) 2 chiffres significatifs Exercice
Donnez le nombre de chiffres significatifs et un encadrement de chacune des valeurs suivantes :
m = 52 kg chiffres significatifs ; < 52 <
S = 0,004580 m2 chiffres significatifs ; < 0,004580 <
T = 5,8 x103 K chiffres significatifs ; < 5,8 x103 <
Remarque :
Reportez-vous à la fiche « écrire un nombre en sciences » pour aller plus loin
c) multiples et sous-multiples
Lorsque la grandeur à mesurer est grande ou petite par rapport à l’unité choisie, le nombre qui traduit la mesure apparaît parfois (très) grand ou (très) petit.
Exemples :
① La distance de l’étoile Sirius (la plus brillante du ciel) est égale à 82025000000000000 m.
② Le diamètre d’un staphylocoque doré (bactérie pathogène) est d’environ 0,000001 m.
Est-il pratique d’exprimer ces 2 valeurs en mètres ?
On utilise donc parfois des multiples et sous-multiples de l’unité :
MULTIPLES SOUS-MULTIPLES
préfixe symbole Facteur multiplicatif préfixe symbole Facteur multiplicatif
déca da 10 déci d 10-1 (dixième)
hecto h 102 centi c 10-2 (centième)
kilo k 103 milli m 10-3 (millième)
méga M 106 (1 million) micro µ 10-6 (millionième) giga G 109 (1 milliard) nano n 10-9 (milliardième)
téra T 1012 (1 billion) pico p 10-12
péta P 1015 (1 billiard) femto f 10-15
Ainsi :
①Sirius est située à 82,025 Pm (pétamètres) du système Solaire (une autre unité plus adéquate, l’année-lumière, existe)
②Le staphylocoque doré présente un diamètre moyen de 1 µm (1 micromètre) Remarques :
Ces multiples et sous-multiples peuvent être utilisés pour n’importe quelle unité.
Exemple : 1 mA signifie 1 milliampère ; 1 mA = 10-3 A
Pour les durées, on utilise d’autres multiples que vous connaissez bien :
1 minute = 60 secondes ; 1 heure = 60 minutes = 3600 s ; 1 jour = 24h = 86400 s ; 1 an = 365 jours =…
Un tableau de conversions (tels que ceux vu en primaire et au collège) permet de passer d’un (sous) multiple d’unité à un autre (sous) multiple d’unité.
Ce « 0 » est un chiffre significatif Ces deux « 0 » ne sont pas
des chiffres significatifs
