Journal Kilo de plume et kilo de plomb

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nov.
2018

On apprend que le monde va basculer (non ce n'est pas Apple qui sort un nouveau produit) : la définition du kilogramme va changer.

Historiquement, dans le système international, un kilogramme était défini comme la masse du prototype qu'on garde en France à Sèvres, parce que c'est nous français qui avons initié cet élan d'unifier les systèmes de mesure après la Révolution. Mais de nos jours, ce n'est pas très pratique, surtout que ce prototype a perdu quelques pouième depuis le temps. Donc, maintenant, on va utiliser une constante universelle : la constante de Plank.

Auparavant, le kilogramme était fixé et on mesurait la constante de Planck avec une balance du watt. Désormais, la constante de Planck sera fixée et on mesurera un kilogramme avec la même balance du watt.

Plus d'informations

  • # Article du CNRS, début septembre

    Posté par  (Mastodon) . Évalué à 10. Dernière modification le 16 novembre 2018 à 17:33.

    Très intéressant article du CNRS, datant de début septembre, à ce sujet :

    https://lejournal.cnrs.fr/articles/mesures-le-grand-renversement

    the kilo

  • # xkcd

    Posté par  (site web personnel) . Évalué à 10.

    Et comme pour chaque chose importante dans la vie, il y a un xkcd approprié :

    XKCD

  • # Rah zut...

    Posté par  (site web personnel) . Évalué à 8.

    … je vais encore prendre du poids sans rien faire :-(

    • [^] # Re: Rah zut...

      Posté par  (site web personnel) . Évalué à 5.

      l'inactivité est source de poids :/

      • [^] # Re: Rah zut...

        Posté par  (site web personnel) . Évalué à 5. Dernière modification le 17 novembre 2018 à 10:17.

        Pour se rassurer (?), le Grand K maigrit et il ne fait rien non plus. C'est aussi pour cela que le kg est redéfini.

        • [^] # Re: Rah zut...

          Posté par  (site web personnel) . Évalué à 3.

          Ben non, parce que par définition (du moins l'ancienne) big K pèse exactement 1kg, quelque soit la quantité de matière qui le constitue.

          • [^] # Re: Rah zut...

            Posté par  (site web personnel) . Évalué à 3.

            Plus de détails sur https://fr.wikipedia.org/wiki/Kilogramme#Stabilit%C3%A9

            • [^] # Re: Rah zut...

              Posté par  (site web personnel) . Évalué à 6.

              Extrait de la section stabilité : "En tout état de cause, par définition, la masse réelle du prototype est elle toujours restée immuable à 1 kg."

              J'ai bien compris ta blague sur la non stabilité de l'étalon. Je fais juste remarqué que même si on lui retirait la moitié de sa matière, il masserait (comme peser, sauf qu'on mesure la masse) quand même 1kg parce qu'il est la définition du kilogramme (et ça causerai un sacré bordel).

  • # Kilo de plumes et kilo de plomb

    Posté par  . Évalué à 10.

    Ça me rappelle ce truc, tiens: un "kilo" de plumes et un "kilo" de plomb en équilibre sur une balance n'ont pas la même masse, sauf si on a pris la précaution de faire la mesure dans le vide. La balance ne mesure que l'égalité des poids, et si on le fait à l'air libre, les deux sont soumis à la poussée d'Archimède de l'atmosphère, qui est plus importante pour le kilo de plumes car il déplace plus d'air. Le kilo de plumes qui à l'air libre a le même poids que le kilo de plomb a donc en fait une masse plus importante.

    • [^] # Re: Kilo de plumes et kilo de plomb

      Posté par  . Évalué à 4.

      Joli :-)

      On peut visualiser plus facilement en remplaçant le kilo de plumes par un ballon de 5 grammes rempli avec 995 grammes d'hélium : le ballon va s'envoler alors qu'il a le même poids que le plomb.
      Valable si c'est mesuré sur terre, à l'air libre, etc.

    • [^] # Re: Kilo de plumes et kilo de plomb

      Posté par  . Évalué à 3.

      Non, non, la balance (la vrai, avec deux plateaux) mesure bien la masse, pour autant qu'on admette le Principe d'équivalence. Mais il faut la mettre dans les bonne conditions pour qu'elle puisse opérer.
      Ce qu'il faut, c'est que la balance soit plongée dans un champ de gravité uniforme, de cette façon les effets relatifs de la gravité (le poids) se compensent (c'est en ça qu'intervient le principe d'équivalence) et on compare bien les masses posées sur les deux plateaux.

      La poussée d'Archimède joue effectivement un role, dans la mesure où elle nous éloigne des bonnes conditions d'utilisation de la balance, c'est une force parasite, qui elle n'est pas correctement compensée. C'est une source d'erreur systématique.

      Ce serait le même problème si tu essayais de peser un aimant, le résultat ne serait pas correct, mais parce que e champ magnétique terrestre vient perturber (un peu) la mesure.

      • [^] # Re: Kilo de plumes et kilo de plomb

        Posté par  . Évalué à 3.

        la balance (la vrai, avec deux plateaux) mesure bien la masse

        L'article Wikipedia est de ton avis, mais sans aucune explication. Et franchement je ne vois pas du tout le pourquoi/comment.

        Selon ma perception une balance compare 2 forces, donc 2 poids. Même sur la Lune (sans air le kilo de plume/plomb est équivalent à la masse de plume/plomb).

        Elle ne peut pas fonctionner sans gravité, est-ce un élément de preuve ?

        Je peux également équilibrer ma balance avec autre chose qu'un objet. Par exemple un jet d'air, un aimant (principe de la balance de Watt je crois). Donc cela compare bien des forces (poids), et non des quantités de matière (masse).

        • [^] # Re: Kilo de plumes et kilo de plomb

          Posté par  . Évalué à 2.

          Selon ma perception une balance compare 2 forces, donc 2 poids.

          Oui, justement.
          Une fois les deux plateaux équilibrés, on a donc la force qui s'exerce sur le plateau droit égale à celle qui s'exerce sur le plateau gauche.
          À partir de là, si on peut affirmer que la gravité est la seule force qui agisse sur les deux plateaux (ce qui n'est pas forcément évident, comme tu le faisais remarquer avec la poussée d'Archimède), alors le principe d'équivalence permet d'affirmer que la magge dans le plateau de droite est égale à celle dans le plateau de gauche. (et si la balance est bien faite, les plateaux eux-même doivent avoir la même masse)
          Donc, si on connait la masse d'un des deux plateau, on en déduit celle de l'autre.

          Cela fonctionne de la même façon sur la lune, et à tout endroit où on a un champ de gravité suffisamment uniforme (et pas trop faible).

          Je peux également équilibrer ma balance avec autre chose qu'un objet. Par exemple un jet d'air, un aimant (principe de la balance de Watt je crois).

          Oui, mais dans ce cas tu compare des forces de natures différentes, et ne peut donc plus faire de déduction.

          Donc cela compare bien des forces (poids), et non des quantités de matière (masse).

          Tout à fait, c'est le principe d'équivalence qui permet de revenir aux masses. Si les objets subissaient la gravité différemment selon leur composition, une balance ne pourrait pas fonctionner.

          • [^] # Re: Kilo de plumes et kilo de plomb

            Posté par  . Évalué à 3.

            Donc c'est bien ça : ça ne compare les masses que via une déduction.
            Donc une balance compare les poids.

            Tout comme une pince ampèremétrique mesure un champ électrique. On a l'intensité qu'après une déduction.

            • [^] # Re: Kilo de plumes et kilo de plomb

              Posté par  . Évalué à 3.

              Si tu veux jouer sur les mots, la seule chose que tu mesure directement en regardant une balance, c'est un angle, celui du fléau, et dont la seule valeur intéressante c'est quand il vaut zéro (ce qui est interprété comme les plateaux étant équilibrés).
              Tout le reste n'est que déduction.

      • [^] # Re: Kilo de plumes et kilo de plomb

        Posté par  . Évalué à 3. Dernière modification le 20 novembre 2018 à 21:56.

        Non, non, la balance (la vrai, avec deux plateaux) mesure bien la masse, pour autant qu'on admette le Principe d'équivalence. Mais il faut la mettre dans les bonne conditions pour qu'elle puisse opérer.
        Ce qu'il faut, c'est que la balance soit plongée dans un champ de gravité uniforme, de cette façon les effets relatifs de la gravité (le poids) se compensent (c'est en ça qu'intervient le principe d'équivalence) et on compare bien les masses posées sur les deux plateaux.

        Le problème de fond c'est que la balance ne permet pas de comparer les poids mais compare les composantes verticales des sommes des forces appliquées aux autres objets. Et du coup, quand il y a une force non négligeable autre que le poids, la balance ne permet plus de mesurer la masse (et ce qu'on admette le principe d'équivalence ou pas).

    • [^] # Re: Kilo de plumes et kilo de plomb

      Posté par  . Évalué à 3.

      Je viens de trouver une autre source de problème : si le kilo de plume est posé en vrac sur un plateau de la balance, alors son centre de gravité est plus haut que celui du kilo de plomb posé sur l'autre plateau.
      --> la gravité s'exerce légèrement moins sur le kilo de plume, y compris sur la Lune (donc sans poussée d'Archimède)

      J'ai tenté de calculer, mais je me retrouve avec une équation qui n'est fonction que de la masse des objets (1 kilo) et de l'écart de hauteur de leur centre de gravité, sans aucun facteur multiplicateur.
      Donc je me suis trompé dans ma réduction de formule.

      • [^] # Re: Kilo de plumes et kilo de plomb

        Posté par  . Évalué à 2.

        sans aucun facteur multiplicateur.

        Le facteur multiplicateur, c'est pas le ratio de la hauteur du centre de gravité de l'un par rapport à la hauteur du centre de gravité de l'autre ?

      • [^] # Re: Kilo de plumes et kilo de plomb

        Posté par  . Évalué à 3. Dernière modification le 20 novembre 2018 à 21:33.

        J'ai tenté de calculer, mais je me retrouve avec une équation qui n'est fonction que de la masse des objets (1 kilo) et de l'écart de hauteur de leur centre de gravité, sans aucun facteur multiplicateur.
        Donc je me suis trompé dans ma réduction de formule.

        En supposant que les vaches sont sphériques, la force appliquée (en mécanique Newtonienne, pas besoin de relativité générale ici) sur chacun des objets va être :
        G * 1 * M/R² et G * 1 * M / (R +r)²
        avec
        G : la constante gravitationnelle
        M : la masse de la Terre
        R : la distance entre le centre de la Terre et le centre de gravité de l'objet en plomb
        r : la différence de hauteur entre le centre de gravité de l'objet en plomb et le centre de gravité du tas de plumes

        Du coup, la force appliquée sur l'objet en plomb est (R+r)²/R² plus importante que celle sur le tas de plumes. Pour un ordre de grandeur, si on prend 6400km comme distance entre le centre du plomb et celui de la terre, et 1 cm de plus pour le tas de plumes, on est à 3 * 10‐⁹ d'écart.

        Bref contrairement à la poussée d'Archimède, cet écart est complètement négligeable.

        Pendant qu'on est dans les effets négligeables, même dans en l'absence complète d'atmosphère, il y a plein d'autres paramètres à prendre en compte si on ne veut rien négliger. Par exemple, la position de la balance et son orientation à cause de la force de coriolis et de la force centrifuge. Et puis il ne faut pas oublier l'influence de la lune, du soleil et de tous les objets qui ne sont pas équidistants des centres de gravité des 2 objets (ce qui inclue la balance elle-même)

    • [^] # Re: Kilo de plumes et kilo de plomb

      Posté par  . Évalué à 3.

      Dans une de ses vidéos, David de Science Étonnante disait qu'on distinguait jusqu'à encore récemment la 《 masse pesante 》 et la 《 masse inerte 》. La différence étant que la masse inerte est la quantité d'énergie nécessaire pour mettre le corps en mouvement. Sauf que même avec la relativité restreinte les deux sont égales et donc correspond à la même chose.

  • # Spéculation

    Posté par  . Évalué à 2.

    Il est temps d'investir dans le marché des pèse-personnes, il va y avoir beaucoup d'appareils à remplacer.

    • [^] # Re: Spéculation

      Posté par  (site web personnel, Mastodon) . Évalué à 0.

      Seulement si on veut des précisions au microgramme !
      Pour la vie courante (hors nécessité d'avoir des mesures hyper précises), le bon vieux système métrique est tout fait valable.

      « Tak ne veut pas quʼon pense à lui, il veut quʼon pense », Terry Pratchett, Déraillé.

      • [^] # Re: Spéculation

        Posté par  . Évalué à 6.

        Ce sera toujours le même système métrique.
        La nouvelle définition sera choisie pour correspondre à la valeur actuelle (déterminée à partir des meilleures mesures de différents laboratoires) pour assurer la continuité des mesures.
        D'ailleurs ce n'est pas la première fois qu'on re-défini une unité fondamentale, la seconde a déjà été re-définie une fois et le mètre deux fois.

  • # Et si la constante de Planck n'était pas constante...

    Posté par  (site web personnel, Mastodon) . Évalué à -3. Dernière modification le 19 novembre 2018 à 14:31.

    Je ne comprends pas cette idée d'utiliser la constante de Planck. Car s'il a toujours été prouvé qu'elle était constante peut-être ne l'est elle pas tout a fait. Alors qu'en plus on pourrait utiliser un nombre précis d’atome d'un isotope bien défini. Alors je sais compter le nombre d’atome est aujourd'hui imprécis… Et alors cela n'a pas d’importance au moins c'est un truc plus certain dans le temps. Autre argument, la constante e Planck est connu et défini par la physique Quantique qui c'est révélé incompatible avec la relativité général. Alors même si elle est largement prouvé on sais qu'elle est éronnée à certaines échelles et donc peut-être fausse si on lui demande beaucoup de précision. Même si cette précision "limite" est hors de portée de nos instruments pourquoi se baser sur une théorie "imprécise".
    C'est comme définir la vitesse de A comme la somme de la vitesse de B et de C alors que l'on sais que c'est faux même si pour en ressentir ces effets il faut être proche de la vitesse de la lumière dès les faibles vitesse cela ce phénomène existe. Or là justement on veux de la précision.
    Imaginez que la constante de Planck perd 1% tous les milliard d'années… et que l'on veux peser une galaxie situé 1 millions d'années après le Big-Bang…

    Sous licence Creative common. Lisez, copiez, modifiez faites en ce que vous voulez.

    • [^] # Re: Et si la constante de Planck n'était pas constante...

      Posté par  . Évalué à 1.

      Désormais, la constante de Planck sera fixée

      Il est vrai que c'est étrange car d'après wikipedia :

      La constante de Planck est l'une des constantes physiques pour laquelle l'incertitude est la plus grande, une incertitude relative de 12 × 10−9.

    • [^] # Re: Et si la constante de Planck n'était pas constante...

      Posté par  (site web personnel) . Évalué à 4.

      Car s'il a toujours été prouvé qu'elle était constante peut-être ne l'est elle pas tout a fait.

      C'est une objection de certains opposants à cette décision. Ça a été évalué.

      Est-ce un plus gros problème que de tout reposer sur des objets physiques qui évoluent de manière certaine ? Je ne pense pas, et apparemment c'est l'avis qui a été suivi.

      Autre argument, la constante e Planck est connu et défini par la physique Quantique qui c'est révélé incompatible avec la relativité général. Alors même si elle est largement prouvé on sais qu'elle est éronnée à certaines échelles et donc peut-être fausse si on lui demande beaucoup de précision.

      Il n'y a pas de relations entre la constante de Plank et l'incompatibilité entre la relativité générale et la mécanique quantique.

      C'est comme dire que la constante de la gravitation est fausse alors que les lois de Newton sont insuffisantes. La relativité restreinte et générale n'ont pas remis en cause cette constante pour autant. Elles ont remis en question les formules et l'interprétation physique des phénomènes.

      À moins que la constante de Plank évolue avec le temps (thèse assez peu probable tout de même), la nouvelle physique qui unifiera les deux grandes théories physiques ne va pas d'un coup rendre la valeur de cette constante différente.

      • [^] # Re: Et si la constante de Planck n'était pas constante...

        Posté par  (site web personnel, Mastodon) . Évalué à -2. Dernière modification le 20 novembre 2018 à 13:59.

        Il n'y a pas de relations entre la constante de Plank et l'incompatibilité entre la relativité générale et la mécanique quantique.
        Si bien sûr. Comme la relativité général est incompatible avec la physique quantique aux très hautes énergie et espace très restreint (trou noir). C'est qu'il existe un paramètre négligé a prendre en considération. Ce paramètre à sans doute une valeur négligeable à dans l'utilisation classique de la physique quantique, mais qui dit négligeable dit non nul. Dis autrement s'il existe un paramètre aditionnel en logarithme de l'énergie, il prendra de l'importance qu'a très haute énergie.

        Sous licence Creative common. Lisez, copiez, modifiez faites en ce que vous voulez.

    • [^] # Re: Et si la constante de Planck n'était pas constante...

      Posté par  . Évalué à 6.

      Je ne comprends pas cette idée d'utiliser la constante de Planck. Car s'il a toujours été prouvé qu'elle était constante peut-être ne l'est elle pas tout a fait.

      Cette objection n'est pas propre à la constante de Planck, tu pourrais la faire aussi pour le mètre qui est défini à partir de la vitesse de la lumière, et les autres unités qui vont être re-définie en même temps que le kilogramme.

      Alors qu'en plus on pourrait utiliser un nombre précis d’atome d'un isotope bien défini. Alors je sais compter le nombre d’atome est aujourd'hui imprécis…

      Là, tu dois faire l'hypothèse que tous tes atomes ont exactement la même masse.
      Ça implique que ton échantillon soit au zéro absolu (ce qui est impossible, donc tu as déjà une erreur à cause de la température non nulle de l'échantillon), mais aussi que les noyaux soient à leur niveau d'énergie le plus bas (j'ignore comment on peut le vérifier).

      Donc tu te retrouve avec une définition difficile à mettre en pratique pour effectivement créer des étalons.

      C'est le même problème que la (bientôt) ancienne définition du kelvin (qui lui va être re-défini à partir de la constante de Boltzmann), qui utilise comme référence le point triple de l'eau, et il est compliqué de préparer un échantillon qui soit exactement à ce point (et les mêmes objections sur le fait que ce point pourrait ne pas être aussi constant qu'on le crois).

      De toute façon, si la constante de Planck n'est pas constante, ça aura des répercussions un peu partout en physique.
      En particulier, tes atomes n'auront plus la même masse, car le facteur de correspondance entre masse et énergie est justement la constante de Planck (et la majorité de la masse d'un proton vient de l'énergie de liaison entre les quarks).

      • [^] # Re: Et si la constante de Planck n'était pas constante...

        Posté par  (site web personnel, Mastodon) . Évalué à 1. Dernière modification le 20 novembre 2018 à 14:06.

        zéro absolu

        C'est un argument que j'entends bien et auquel je n'avais pas pensé. A moins de se baser sur une température précise. Concernant le niveau d'énergie des atomes, selon mes connaissances : Les atomes à un niveau d'énergie donné, donc une température donné, ont une répartition précise et fixe.

        Sous licence Creative common. Lisez, copiez, modifiez faites en ce que vous voulez.

    • [^] # Re: Et si la constante de Planck n'était pas constante...

      Posté par  . Évalué à 3.

      Car s'il a toujours été prouvé qu'elle était constante peut-être ne l'est elle pas tout a fait.

      Ah bah si, maintenant, elle est constante par définition, donc tu n'as plus de raison de t'inquiéter!

    • [^] # Re: Et si la constante de Planck n'était pas constante...

      Posté par  . Évalué à 3.

      Alors qu'en plus on pourrait utiliser un nombre précis d’atome d'un isotope bien défini.

      Malheureusement on a pas non plus la preuve que la masse d'un atome d'un isotope bien défini ne varie pas dans le temps ou l'espace… Pour l'instant on ne mesure pas de différences donc on suppose que ça ne bouge pas.

      Et c'est la même chose pour toutes les grandeurs physiques…

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