Introduction à la physique atomique et nucléaire

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

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

3. Les qualités d’un système d’unités • 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 d’un 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. Équateur Le mètre 1790 : Le 1/10 000 000 du ¼ du méridien terrestre qui passe à Paris (précision : 100 m). • 1793 : Définition de la longueur sur un étalon (précision : 10 µm). • 1903 : Étalon de platine iridié : 8 exemplaires (précision : 1 µm). • 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 2P10 et 5D5 du krypton-86 (précision 0,01 mm). • 1983 : Le mètre est le trajet parcouru dans le vide par la lumière pendant une durée de 1/299 792 458 de seconde.

6. Le kilogramme • 1793 : il était le poids d’un décimètre cube d’eau à son maximum de densité (4 °C) (différence de 27 mg avec la définition actuelle). • 1889 : c’est la masse d’un 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 l’année 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 l’état fondamental de l’atome de césium-133 !

9. Le calendrier • 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 d’une journée après quelque 3333 ans !

10. Les unités de base du système SI

11. Quelques règles d’écriture • Écriture prescriteÉcriture interdite • 1 ampère ou 1 A 1 Ampère * • 10 mètres et 10 m 10 ms (pluriel de m) • 1 000 m et 1 km 1 000 m. ** • symboles après des chiffres symbole dans un texte • N m ou N • m N × m • C / m ou C • m-1 • 4,35 km et 5,3 A 4.35 km et 5.3 A * Note : 1 Celcius; ** sauf à la fin d’une phrase.

12. Des échelles de température

13. Des unités dérivées du système SI

14. D’autres règles d’écriture • Écriture prescriteÉcriture interdite • 300 henry et 12 km 300henry et 12km • 35 345 m2 35345 m2 • 350  25 350 • 25 • kilomètre par seconde kilomètre/seconde • 1 km2 = 106 m2 1 000 m2 = 1 km2

15. D’autres unités dérivées

16. Les principaux multiples

17. Les principaux sous-multiples

18. D’autres systèmes de sous-multiples Système décimal : base 10 du système métrique 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, … 100 main gauche base 5 certaine peuplade 2 20 1 14 11 10 12 3 0 4 13 Binaire base 2 ordinateur 1 10 11 100 110 111 101 0 Système sexagésimal, ... Système pied - pouce : diviseur imprévisible…

19. Autres unités permises ou tolérées

20. Le système SI et ses cousins

21. Le système C.G.S. et les chimistes • La densité de l’eau = 1 g/cm3 à 4 °C. • Donc la masse d’un litre d’eau = 1 kg. • La calorie est l’énergie nécessaire pour chauffer 1 g d’eau de 14,5 à 15,5 °C. • Le produit litre  atmosphère est une énergie (voir diapo suivante). • Le cm-1 est aussi l’énergie d’une vibration électro-magnétique dont la longueur d’onde est de 1 cm. • . . .

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

23. Conclusion • Un système d’unités : 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 :