Les grandeurs fondamentales et dérivées sont les grandeurs physiques qui permettent d'exprimer toute quantité ou mesure de corps. L'expérimentation est un aspect fondamental de la physique et des autres sciences physiques. Les théories et autres hypothèses sont vérifiées et établies comme vérités scientifiques par l'expérimentation.
L'image ci-dessus montre les unités de mesure des grandeurs fondamentales et dérivées. Le poids est mesuré en kilogrammes, la distance en mètres, le temps en secondes, le courant en ampères… La section suivante les détaillera.
Les mesures font partie intégrante des expériences, où les grandeurs et les relations entre différentes quantités physiques sont utilisées pour vérifier la véracité de la théorie ou de l’hypothèse.
Types de grandeurs : fondamentales et dérivées
Principaux index
Dans chaque système d'unités, un ensemble d'unités fondamentales est défini dont les grandeurs physiques sont appelées grandeurs fondamentales.
Les unités fondamentales sont définies indépendamment et les quantités sont souvent directement mesurables dans un système physique.
En général, un système d'unités nécessite trois unités mécaniques (masse, longueur et temps). Une unité électrique est également requise.
Les grandeurs dont la mesure ne dépend d'aucune autre grandeur physique sont dites fondamentales ; elles ne dépendent d'aucune autre grandeur exprimable. Il existe au total sept grandeurs fondamentales :
1- Masse : kilogramme (kg)
Elle est définie par la masse d'un prototype de cylindre en platine-iridium conservé au Bureau international des poids et mesures à Paris, en France.
Des copies de ce cylindre sont conservées par de nombreux pays qui les utilisent pour normaliser et comparer les poids.
2- Longueur : mètre (m)
Elle est définie comme la longueur du chemin parcouru par la lumière dans un intervalle d'exactement 1/299792458 seconde.
3- Temps : seconde(s)
Selon le Système international d'unités, il s'agit du temps de 192.631.770 133 XNUMX périodes d'oscillations de la lumière émise par un atome de césium XNUMX, correspondant à la transition entre deux niveaux hyperfins de l'état fondamental. Ce temps est déterminé à l'aide d'horloges atomiques de haute précision.
4- Courant électrique : ampère (A)
Mesurer l'intensité du courant électrique. Il est défini comme le courant constant qui, circulant dans deux conducteurs parallèles rectilignes de longueur infinie et de section circulaire négligeable, distants d'un mètre dans le vide, produit une force égale à 1 × 2-10 Newtons par mètre de longueur entre ces conducteurs.
Bien qu'il puisse sembler que la charge électrique aurait dû être utilisée comme unité de base, la mesure du courant est beaucoup plus simple et donc choisie comme unité de base standard.
5- Température : Kelvin (K)
Selon le Système international d'unités, le kelvin correspond exactement à 1/273,16 de la température thermodynamique du point triple de l'eau.
Le point triple de l’eau est une température et une pression fixes auxquelles les états solide, liquide et gazeux peuvent exister simultanément.
6- Intensité lumineuse : bougie (cd)
Il mesure l'intensité lumineuse d'une source émettant un rayonnement de fréquence constante de 540 × 1012 Hz, avec une intensité radiante de 1/683 watts par stéréo dans n'importe quelle direction.
7- mole (mol)
Une mole est la quantité de substance qui contient autant d'entités qu'il y a d'atomes dans 0,012 kg de carbone 12.
Par exemple : la grandeur fondamentale masse peut être mesurée directement à l'aide d'une balance et ne dépend donc pas d'une autre grandeur.
Quantités dérivées
Les grandeurs dérivées sont formées par le produit des puissances des unités fondamentales. Autrement dit, ces valeurs dérivent de l'utilisation des unités fondamentales.
Ces unités ne sont pas définies indépendamment, car elles dépendent de la définition d'autres unités. Les quantités associées aux unités dérivées sont appelées quantités dérivées.
Prenons par exemple la quantité vectorielle « vitesse ». En mesurant la distance parcourue par un objet et le temps mis à le parcourir, on peut déterminer sa vitesse moyenne. La vitesse est donc une grandeur dérivée.
La charge électrique est également une quantité dérivée donnée par le produit du flux de courant et du temps écoulé.
À l'exception des sept grandeurs fondamentales mentionnées ci-dessus, toutes les autres grandeurs sont dérivées. Voici quelques exemples de grandeurs dérivées :
1- Unité de travail : joule ou julienne (J)
Il s'agit du travail effectué lorsque le point d'application d'une force d'un newton (1 N) se déplace sur une distance d'un mètre (1 m) dans la direction de la force.
2- Force : Newton (N)
C’est cette force qui, lorsqu’elle est appliquée à un corps d’une masse d’un kilogramme (1 kg), produit une accélération d’un mètre par seconde au carré (1 m x s² ).
3- Pression : pascals (Pa)
Il s'agit de la pression qui résulte lorsqu'une force d'un newton (1 N) est appliquée uniformément et perpendiculairement à une surface d'un mètre carré (1 m² ).
4- Puissance : watt ou watt (W)
C'est l'énergie qui génère la production d'énergie à raison d'un joule par seconde (1 J x s).
5- Charge électrique : coulomb ou coulomb (C)
Il s'agit de la quantité de charge électrique transportée en une seconde (1 s) par un courant d'un ampère (1 A).
6- Potentiel électrique : volt (V)
Il s'agit de la différence de potentiel entre deux points d'un câble conducteur qui transporte un courant constant d'un amplificateur (1 A), lorsque la puissance dissipée entre ces points est d'un watt (1 W).
7- Résistance électrique : ohm ou ohm (Ω)
Mesurer la résistance électrique. Plus précisément, la résistance présente entre deux points d'un conducteur lorsqu'une différence de potentiel constante d'un volt (1 V), appliquée entre ces deux points, produit un courant d'un ampère (1 A), le conducteur étant la source de toute force électromotrice.
8- Fréquence : hertz ou hertz (Hz)
C'est la fréquence d'un phénomène périodique dont la période est d'une seconde (1 s).
Références
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- Sharma S, Kandpal MS. À la découverte de la physique (1997). New Delhi : Hemkunt Press.