Mesurer une grandeur physique
Au collège il faut savoir mesurer un certain nombre de grandeurs physiques :
- la température ;
- la masse ;
- le volume ;
- le poids ;
- les grandeurs électriques.
Mesurer une température
La température se mesure avec un thermomètre (ou une sonde thermique, la version électronique du thermomètre).
L’unité internationale de la masse est le kelvin (symbole K) mais on utilise plus couramment une autre unité : le degré Celsius (symbole °C).
Pour convertir les degrés Celsius en Kelvin, il suffit d’ajouter 273,15 degrés. Par exemple : 25 °C = 298,15 K.
Remarque : la température la plus basse possible est le zéro absolu, c’est-à-dire 0 K ou – 273,15 °C.
Mesurer une masse
La masse d’un objet dépend de la quantité et du type de matière qu’il contient.
L’unité internationale de la masse est le kilogramme (symbole kg).
La masse se mesure avec une balance.
Remarques :
- Pour être plus précis, la masse d’un objet dépend du nombre et du type d’atomes qu’il contient.
- Pour des raisons historiques, le kilogramme est la seule unité internationale avec un préfixe (kilo-).
Attention : dans le langage courant, on dit qu’on mesure son poids avec une balance. En sciences la balance mesure une masse. Le poids se mesure avec un autre instrument.
Il existe deux types de balances pour mesurer une masse…
Balance à plateaux
Le principe de la balance à plateaux est simple : les deux plateaux sont en équilibre quand les masses déposées sur chaque plateau sont identiques.
- On vérifie que la balance est équilibrée (si ce n’est pas le cas, on ajoute par exemple des bouts de papier dans un plateau pour l’alourdir) ;
- On pose l’objet à peser sur un plateau ;
- On dépose des masses marquées (la masse est indiquée dessus) sur le second plateau jusqu’à l’équilibre. On ajoute les masses par ordre décroissant : on commence par la plus lourde et si ce n’est pas suffisant, on ajoute la suivante ; par contre, si la dernière masse ajoutée est trop lourde, on l’enlève et on passe à la suivante, etc. ;
- Lorsque les deux plateaux sont équilibrés on additionne la valeur des masses marquées pour obtenir la masse de l’objet.
La balance à plateaux la plus courante au collège s’appelle une balance de Roberval.
Balance électronique
Le principe de la balance électronique est encore plus simple : un écran indique directement la valeur de la masse !
La touche tare permet de remettre l’affichage de la masse à 0 et permet donc de retirer la masse d’un récipient.
- On allume la balance et on pose le récipient vide dessus ;
- On appuie sur la touche tare. La balance affiche alors 0 (on a retiré la masse du récipient) ;
- On pose le récipient rempli. La balance affiche la masse du contenu du récipient.
Il ne faut pas oublier de vérifier l’unité sur l’affichage.
Mesurer un volume
Le volume correspond à la place qu’occupe un objet dans l’espace. L’unité internationale du volume est le mètre cube (m3) mais en chimie on utilise plutôt le litre (symbole l).
On mesure le volume d’un liquide avec une éprouvette graduée.
Remarque : Le symbole du litre est un « l » minuscule car le mot litre ne vient pas du nom d’un scientifique. Il est toutefois autorisé d’utiliser un « L » majuscule car le « l » minuscule ressemble parfois au chiffre 1 avec certaines polices de caractères.
Si c’est nécessaire, on peut convertir les litres en mètres cubes ou l’inverse.
- On verse le liquide dans l’éprouvette graduée ;
- Si on utilise l’éprouvette pour préparer un certain volume, on s’arrête un peu avant la graduation voulue et un termine avec précision avec une pipette.
- Pour lire le volume, l’éprouvette graduée doit être posée sur une surface plane. L’œil doit être placé au niveau de la surface du liquide ;
- La surface du liquide est souvent arrondie (on appelle cela un ménisque). La graduation à lire est celle qui correspond au bas du ménisque. Il faut aussi faire attention à la valeur et à l’unité d’une graduation (ici, il y a 10 graduations pour 10 ml donc une graduation vaut 1 ml).
- Sur cet exemple, on mesure un volume de 46 ml.
Remarque : on peut mesurer le volume d’un petit objet solide avec l’éprouvette graduée. On la remplit d’eau jusqu’à une certaine graduation, on ajoute l’objet dans l’éprouvette et on mesure la variation de volume.
Mesurer un poids et une force
Le poids d’un objet est la force qu’il subit sous l’effet de l’attraction gravitationnelle de la Terre.
Le poids s’exprime en newtons (N) et se mesure avec un dynamomètre.
Le dynamomètre peut aussi être utilisé pour mesurer une autre force que le poids.
- On attache le dynamomètre à un support fixe et on vérifie qu’il est sur la graduation 0 N au départ (une petite visse permet de le régler) ;
- On attache l’objet à peser sur le crochet ;
- Le ressort du dynamomètre s’étire et déplace le curseur sur la graduation qui correspond au poids (ou à la force).
Remarque : plus le dynamomètre est précis, plus il est limité à la mesure d’un petit poids. Il faut donc parfois faire plusieurs mesures avec des dynamomètres différents (c’est le même principe que le calibre du multimètre1).
Mesurer une grandeur électrique
Les mesures de grandeurs électriques font l’objet d’une page spécifique.
Notes
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Par exemple, imaginons qu’on possède 3 dynamomètres : un qui est limité à 10 N et peu précis (au newton près), un qui est limité à 5 N et plus précis (au demi-newton près) et un qui est limité à 1 N mais très précis (au dixième de newton). On commence la mesure avec le dynamomètre de 10 N (le moins précis mais le plus résistant). S’il nous affiche un poids de 4 N, on sait qu’on peut utiliser le dynamomètre de 5 N qui est un peu plus précis mais on ne pourra pas utiliser celui de 1 N qui est le plus précis… ↩