Presque tout le monde a été sur une balance; certaines personnes vérifient leur poids quotidiennement à des fins de santé ou de sport, tandis que d'autres utilisent davantage des appareils de pesée au supermarché, au travail ou dans le cadre d'un enseignement scientifique complet.
Souvent, les balances sont accusées d'être incorrectes, et à juste titre; ces appareils sont soumis à des contraintes mécaniques considérables par rapport à leur encombrement, notamment dans le cas de salle d'eau ou salle de bain balances domestiques, et il n'en faut pas beaucoup pour désorganiser les pièces de la balance, même si elles sont correctement construites et calibré.
Vous êtes-vous déjà demandé comment une balance « sait » même combien de masse lui a été ajoutée? Comment ces dispositifs, quel que soit leur fonctionnement interne, restent-ils précis dans le temps? Et qu'en est-il de l'affirmation selon laquelle "le poids n'est pas la même masse" lorsqu'il ressort clairement d'un coup d'œil sur le monde commercial que les kilogrammes et les livres sont souvent traités comme des unités différentes du même quantité?
Poids et masse définis
Masse est une mesure de la matière en soi, la quantité de « truc » présente dans un échantillon. Une façon de concevoir la masse est qu'elle a une inertie, ce qui signifie que si elle ne bouge pas, de l'énergie doit être ajoutée à le système pour le faire bouger, alors que s'il est déjà en mouvement, il faut ajouter de l'énergie pour le ralentir ou l'arrêter carrément. L'intuition vous dit que plus un objet est massif, plus il est difficile de se mettre en mouvement depuis le repos ou de s'arrêter lorsqu'il est en mouvement.
Poids est la masse multipliée par g, l'accélération produite par la gravité. Sur Terre, le généralement utilisé g la valeur est de 9,8 mètres par seconde au carré (m/s2), alors que sur la Lune, c'est considérablement moins et sur Jupiter, c'est beaucoup plus parce que ces corps ont respectivement des masses plus petites et plus grandes que la Terre. Le résultat est que la même masse aura un poids différent lorsqu'elle est placée dans un champ gravitationnel plus ou moins fort.
Dans le système d'unités SI (le système métrique ou international), l'unité de base de la masse est le kilogramme (kg), tandis que l'unité de poids, ou plus largement de force, est le newton (N). Ainsi une personne avec une masse de 70 kg (environ 154 livres, ou lb; 1 kg = 2,204 livres) aura un poids de (70)(9.8) = 686 N sur Terre.
Masse versus poids dans la vie de tous les jours
La livre est en fait une unité de poids, pas de masse. L'unité racine de masse dans le système d'unités impérial ou britannique correspondant est le limace, qui est tombé en grande partie en désuétude. Étant donné que la plupart des humains utilisent leur balance sur Terre et que les Américains veulent connaître leur "masse" en livres, la gravité est en effet incorporée dans les balances sur Terre.
Il n'est donc pas scientifiquement correct de dire « 100 kilogrammes équivalent à 220,4 livres », mais il est correct de dire "Une masse de 100 kilogrammes a un poids de 220,4 livres sur Terre." Gardez à l'esprit que la plupart les quantités ont été inventées il y a des siècles, à une époque où la gravité autre que celle de la Terre ne valait pas la peine d'être prise en compte pour!
Une brève histoire des machines de pesage
Gottfried Wilhelm Leibniz (1646-1716), qui est crédité d'avoir co-inventé le domaine mathématique du calcul avec Isaac Newton, aurait également conçu les premiers appareils de pesage. Sa construction ressemblait beaucoup au signe astrologique Balance est habituellement représenté: un poteau vertical avec une barre horizontale fixée au sommet par une articulation mobile. Aux extrémités de cette barre horizontale étaient suspendues deux plaques de masse relative suffisante pour maintenir l'ensemble en équilibre.
Le génie de l'appareil de Leibniz, appelé un équilibre du faisceau central, c'est qu'il pourrait déterminer relatif des masses d'objets étiquetés par une série d'additions et de soustractions de cailloux ou similaires. À partir de ce schéma, il était inévitable que les positions soient marquées et affectées de valeurs numériques, et un tout nouveau système de suivi précis des quantités a été mis en place.
Au milieu des années 1750, le premier balances à pendule sont apparus, et ceux-ci sont devenus plus élaborés au fil du temps à mesure que les développements techniques permettaient une plus grande précision dans la fabrication. Les balances à pendule sont encore utilisées aujourd'hui sous de nombreuses formes, et beaucoup sont équipées d'électronique qui permet, par exemple, la conversion d'un poids donné en un prix d'achat donné.
Types de balances
L'équilibre du faisceau central, pour des raisons qui sont probablement déjà claires, ne fait pas plus partie de la science ou du commerce modernes que le Pony Express. Sans cette machine désormais désuète, aucune des échelles d'utilisation moderne n'aurait surgi. Un échantillon de balances modernes :
Balance analytique : C'est ce que vous avez probablement vu en laboratoire. Vous placez simplement un objet sur une assiette au-dessus de l'unité et il renvoie une masse (ou, si l'utilisateur préfère, une "masse" en unités impériales telles que les onces ou les livres). Ceux-ci sont construits de sorte que la plaque soit au repos sous l'influence de la gravité seule, et la machine équilibre cela en déterminant en interne la force nécessaire pour maintenir la plaque avec précision.
Balance: Les progrès technologiques progressifs ont abouti à des modèles qui ne se rapprochent plus d'une définition uniforme de pèse-personne. La plupart sont aujourd'hui numériques, mais les modèles analogiques "old-school" persistent.
Échelle de comptage : Ceci est utilisé pour peser plusieurs objets connus pour avoir un poids uniforme (par exemple, des roulements à billes de précision) et afficher un nombre total de pièces en fonction du résultat.
Par exemple, si vous aviez une grande collection de balles en caoutchouc de couleurs différentes mais identiques, vous pourriez déterminer exactement combien sont dans votre collection en les chargeant sur une telle échelle et en définissant le paramètre d'entrée à la masse d'un Balle. Ainsi, pour un ensemble de balles en caoutchouc pesant 0,125 kg pièce et ayant une masse totale de 40 kg, la machine répondrait que vous avez [40 kg/(0,125 kg/balle)] = 320 balles dans votre collection.
Échelle de grue : Ces balances ont une capacité prévue de 5 000 livres (2 270 kg) ou plus, soit 2,5 tonnes, similaire à la plupart des véhicules à moteur de tous les jours. Ceux-ci sont conçus pour peser des charges en même temps qu'ils sont suspendus au-dessus du sol par une grue. Ce ne serait pas un effort pour les inattentifs!
Microbalance : Ceux-ci peuvent être lus à une valeur de 1 microgramme (1 µg) ou mieux. Un microgramme est un milliardième de kilogramme, ce qui signifie que même s'il ne s'agit probablement pas d'une unité avec laquelle vous avez beaucoup croisé sur une niveau conscient, cela fait partie de la vie quotidienne des chimistes, microbiologistes, pharmacologues et de nombreux autres professionnels de la science.
Barème postal : Ce type de dispositif de pesage est un exemple de balance informatique, qui affiche les changements de prix au fur et à mesure que la masse est ajoutée ou supprimée pour répondre aux besoins du client. Il est utilisé pour déterminer le poids d'expédition ou les frais de livraison pour les lettres ou les colis livrés par le service postal des États-Unis (USPS) ou des sociétés de transport privées.
Échelle de véhicule : Ces balances sont conçues pour peser de gros camions, des véhicules agricoles et d'autres gros véhicules industriels. Vous avez probablement vu des panneaux indiquant « Weigh Station Ahead » si vous avez conduit sur les autoroutes américaines.
Ceux-ci sont utilisés pour faire respecter les règles de sécurité, par exemple en veillant à ce que les véhicules empruntant certaines routes ne dépassent pas les limites de poids affichées de ces routes - quelque chose, encore une fois, la plupart des gens n'ont pas l'occasion de regarder étroitement!