MASSE, physique
Échelle des masses dans l'Univers
Encyclopædia Universalis France
La masse d'un corps est une notion théorique correspondant à l'idée intuitive de « quantité de matière » contenue dans le corps. Elle se manifeste d'abord par la force de gravitation qui s'exerce universellement entre corps massifs. Cette « masse pesante » est directement liée au poids d'un corps et mesure l'action de la pesanteur sur celui-ci. La masse, par ailleurs, caractérise la résistance d'un corps à la modification de son mouvement : c'est le coefficient d'inertie, ou « masse inertielle », du corps. Dans ces deux acceptions, la masse est additive selon la mécanique newtonienne. Einstein a montré en 1905 que cette propriété n'était qu'approximative : la masse d'un corps mesure son énergie interne (relation d'Einstein, E0 = mc2).
Masse et pesanteur
Au départ, la notion de masse vise à caractériser la « quantité de matière » contenue dans un objet physique. Cette grandeur se révèle d'abord à nos sens par l'intermédiaire du poids de l'objet : la force de pesanteur qu'exerce la Terre est de toute évidence d'autant plus grande que l'objet contient plus de matière. La pratique courante tend ainsi à assimiler masse et poids, à mesurer la première par le second. Cependant, une étude plus attentive révèle que le poids d'un objet (la force de pesanteur qui s'exerce sur lui) n'est pas constant à la surface de la Terre et varie avec la latitude et l'altitude (0,2 p. 100 de plus à l'équateur, et 0,15 p. 100 de moins au sommet du mont Blanc qu'à Paris). La masse, par contre, pour pouvoir caractériser la quantité de matière de l'objet considéré en tant que tel, doit lui être intrinsèque et ne pas dépendre des conditions extérieures. Or, si le poids d'un objet varie de place en place, on constate que le rapport des poids de deux objets donnés est indépendant du lieu et des autres conditions extérieures. On est donc amené à définir le rapport des masses m1 et m2 de deux objets comme égal au rapport constant de leurs poids P1 et P2 : m2/m1 = P2/P1. Il suffit alors de définir, arbitrairement, une masse unité pour mesurer une masse quelconque par la comparaison des poids correspondants.
Étalon du kilogramme
Bureau international des poids et mesures
La masse unité conventionnelle est aujourd'hui le « kilogramme international », défini par un étalon en platine iridié conservé au Bureau international des poids et mesures, à Sèvres. Cette masse correspond à peu près à celle d'un litre d'eau ; c'était la définition initiale du kilogramme adoptée par la Convention en 1793, mais elle est insuffisamment précise pour la métrologie moderne. Il est probable qu'une nouvelle définition, fondée sur les masses d'objets atomiques, sera donnée dans l'avenir au kilogramme, comme cela a été le cas pour le mètre et la seconde.
La notion de masse ainsi définie est additive. Cette propriété essentielle est conforme à l'idée intuitive de quantité de matière : la masse (quantité de matière) d'un système composé de deux objets est la somme des masses (quantités de matière) de chaque objet. C'est d'ailleurs cette additivité qui permet la procédure usuelle de mesure d'une masse à la balance par comparaison avec la masse cumulée d'un ensemble choisi de poids standards.
Ainsi le poids P d'un objet est-il le produit de sa masse m, caractéristique intrinsèque de l'objet, par une grandeur g qui décrit le champ de pesanteur en chaque point : P = mg. C'est la variation du champ de pesanteur selon le lieu qui explique les variations du poids. Sur la Lune, la pesanteur est six fois moindre que sur la Terre ; les bonds télévisés des astronautes ont illustré cette diminution de poids, mais sans changement de masse (perdre du poids n'est donc pas si difficile, c'est pour perdre de la masse qu'il[...]
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Écrit par
- Jean-Marc LÉVY-LEBLOND : professeur émérite à l'université de Nice
- Bernard PIRE : directeur de recherche émérite au CNRS, centre de physique théorique de l'École polytechnique, Palaiseau
Classification
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